DE112010001894B4 - Method for measuring a surface microstructure, method for data analysis of surface microstructure measurement and surface microstructure measuring system - Google Patents

Method for measuring a surface microstructure, method for data analysis of surface microstructure measurement and surface microstructure measuring system Download PDF

Info

Publication number
DE112010001894B4
DE112010001894B4 DE112010001894.4T DE112010001894T DE112010001894B4 DE 112010001894 B4 DE112010001894 B4 DE 112010001894B4 DE 112010001894 T DE112010001894 T DE 112010001894T DE 112010001894 B4 DE112010001894 B4 DE 112010001894B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sample
scattering intensity
microstructure
unit structures
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE112010001894.4T
Other languages
German (de)
Other versions
DE112010001894T5 (en
Inventor
Kazuhiko Omote
Yoshiyasu Ito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rigaku Denki Co Ltd
Rigaku Corp
Original Assignee
Rigaku Denki Co Ltd
Rigaku Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rigaku Denki Co Ltd, Rigaku Corp filed Critical Rigaku Denki Co Ltd
Publication of DE112010001894T5 publication Critical patent/DE112010001894T5/en
Application granted granted Critical
Publication of DE112010001894B4 publication Critical patent/DE112010001894B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/04Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring contours or curvatures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/08Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/043Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using fluoroscopic examination, with visual observation or video transmission of fluoroscopic images
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/201Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials by measuring small-angle scattering

Abstract

Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren zum Messen einer Mikrostruktur (149b) einer Probenoberfläche (141, 146), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:Bestrahlen der Probenoberfläche (141, 146) mit Röntgenstrahlung in einem streifenden Einfallswinkel und Messen einer Streuintensität;Annehmen eines Probenmodells mit einer Mikrostruktur (149b) auf einer Oberfläche (141, 146), in der eine oder mehrere Schichten in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche (141, 146) ausgebildet sind und Einheitsstrukturen periodisch in einer Richtung parallel zur Oberfläche (141, 146) innerhalb der Schichten angeordnet sind, Berechnen einer Streuintensität von Röntgenstrahlung, die von der Mikrostruktur (149b) gestreut wird, aufgrund der Brechungsindizes der jeweiligen Schichten der einen oder mehreren Schichten in einer Richtung parallel zur Oberfläche (141, 146) innerhalb der Schichten, und Durchführen eines Fits der Streuintensität der von dem Probenmodell berechneten Röntgenstrahlung an die gemessene Streuintensität; undBestimmen, als ein Resultat des Fits, eines optimalen Werts eines Parameters zum Spezifizieren einer Gestalt der Einheitsstrukturen,bei dem unter der Annahme, dass die Einheitsstrukturen Fluktuationen der Positionen relativ zu einer exakten periodischen Position aufweisen und die Fluktuationen der Positionen lediglich von einer relativen Positionsrelation zwischen den Einheitsstrukturen abhängen, die Streuintensität der Röntgenstrahlen berechnet wird, bei demdie Einheitsstrukturen durch einen gleichförmigen substantiellen Bereich und einen gleichförmigen Leerbereich in den Schichten ausgebildet sind, und die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die von dem gleichförmigen substantiellen Bereich bewirkt wird, berechnet wird.A surface microstructure measuring method for measuring a microstructure (149b) of a sample surface (141, 146), the method comprising the steps of:irradiating the sample surface (141,146) with X-rays at a grazing incidence angle and measuring a scattering intensity;assuming a sample model having a microstructure (149b) on a surface (141, 146) in which one or more layers are formed in a direction perpendicular to the surface (141, 146) and unit structures are periodically arranged in a direction parallel to the surface (141, 146) within the layers , calculating a scattering intensity of X-rays scattered by the microstructure (149b) based on the refractive indices of the respective layers of the one or more layers in a direction parallel to the surface (141, 146) within the layers, and performing a fit of the scattering intensity of the X-ray radiation calculated from the sample model to the measured scattering intensity; anddetermining, as a result of the fitting, an optimal value of a parameter for specifying a shape of the unit structures, in which, assuming that the unit structures have fluctuations in positions relative to an exact periodic position and the fluctuations in positions are only from a relative positional relation between depend on the unit structures, the scattering intensity of the X-rays is calculated in which the unit structures are formed by a uniform substantial area and a uniform void area in the layers, and the scattering intensity of the X-rays caused by the uniform substantial area is calculated.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur, ein Verfahren zur Datenanalyse einer Oberflächemikrostrukturmessung und ein Oberflächenmikrostruktur-MesssystemThe present invention relates to a surface microstructure measurement method, a surface microstructure measurement data analysis method, and a surface microstructure measurement system

Stand der TechnikState of the art

In einem Halbleiterherstellungsverfahren werden Transistoren in einer LSI oftmals durch Anwenden einer Linien- und Raumstruktur ausgebildet. 30 ist eine Draufsicht, welche ein Beispiel eines Halbleitersubstrats 900 zeigt. Das Halbleitersubstrat 900 weist eine Linien- und Raumstruktur auf, die aus Linienabschnitten 910 und Raumabschnitten 920 aufgebaut ist; Transistorstrukturen, wie beispielsweise Gate-Elektroden werden in eine solche Linien- und Raumstruktur hergestellt. Eine Gate-Länge ist ein wichtiger Parameter zum Bestimmen der Eigenschaften eines Transistors, und die Unterdrückung von Abweichungen davon auf einen bestimmten Wert oder weniger ist ein sehr wichtiger Faktor zum Bestimmen der Leistungsfähigkeit einer LSI. Die minimale Länge in einer solchen Elementstruktur wird als CD (kritische Dimension) bezeichnet. Wenn Transistoren mit stark unterschiedlichen Eigenschaften, wie beispielsweise einer Schwellwertspannung und einem Gate-Strom, in einem Schaltkreis installiert werden, ist es möglich, die Leistungsfähigkeit einer LSI, die eine Ansammlung davon ist, sicherzustellen. Um das vorgenannte Problem zu vermeiden, ist es notwendig, die Bedingungen des Halbleiterherstellungsverfahrens ständig zu optimieren.In a semiconductor manufacturing process, transistors in an LSI are often formed by employing a line and space structure. 30 FIG. 9 is a plan view showing an example of a semiconductor substrate 900. FIG. The semiconductor substrate 900 has a line and space structure made up of line portions 910 and space portions 920; Transistor structures such as gate electrodes are fabricated into such a line and space structure. A gate length is an important parameter for determining the characteristics of a transistor, and suppressing deviations thereof to a certain value or less is a very important factor for determining the performance of an LSI. The minimum length in such an element structure is called the CD (critical dimension). When transistors having greatly different characteristics such as a threshold voltage and a gate current are installed in a circuit, it is possible to ensure the performance of an LSI that is an aggregation thereof. In order to avoid the above problem, it is necessary to constantly optimize the conditions of the semiconductor manufacturing process.

Selbst in anderen Prozessen sind Faktoren zur Änderung des CD-Werts vergleichbarer Elemente stets vorhanden. Folglich ist es bei einem tatsächlich herzustellenden Wafer ein sehr wichtiger Punkt, den CD-Wert zur rechten Zeit zu überprüfen. Herkömmlich wird zur Messung der CD eines Halbleiters oder dergleichen, ein CD-SEM oder ein Analyseverfahren der Lichtstreuung (Scatterometrie) verwendet.Even in other processes, factors that change the CD of comparable elements are always present. Consequently, in a wafer to be actually manufactured, it is a very important point to check the CD value in due time. Conventionally, for measuring the CD of a semiconductor or the like, a CD-SEM or a light scattering (scatterometry) analysis method is used.

Im Gegensatz dazu wird eine Technologie zur Analyse der Dichtefluktuation in einem Mehrfachschichtfilm ungleichförmiger Dichte vorgeschlagen, wo ein oder mehrere Filme ungleichförmiger Dichte auf einem Substrat aufeinander geschichtet sind, mittels Verwendung einer Streufunktion, welche eine Röntgenstreukurve gemäß einem Parameter kennzeichnet, der den Verteilungszustand eines partikelförmigen Materials kennzeichnet (beispielsweise Patentdokument 1).In contrast, a technology is proposed for analyzing the density fluctuation in a non-uniform-density multilayer film where one or more non-uniform-density films are stacked on a substrate by using a scattering function which characterizes an X-ray scattering curve according to a parameter representing the distribution state of a particulate material (e.g. Patent Document 1).

In dem Analyseverfahren des Mehrfachschichtfilms ungleichförmiger Dichte, das in dem Patentdokument 1 offenbart ist, wird die Streufunktion, welche die Röntgenstreukurve gemäß dem Parameter darstellt, der den Verteilungszustand des partikelförmigen Materials kennzeichnet, verwendet. Eine Röntgenstreuintensität wird unter den gleichen Bedingungen wie die Messbedingungen, unter denen die Röntgenstreuintensität tatsächlich gemessen wird, berechnet, wobei ein Fit zwischen der berechneten Röntgenstreuintensität, während ein Parameter geändert wird, und der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität durchgeführt wird, und der Parameterwert, wenn die berechnete Röntgenstreuintensität mit der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität übereinstimmt, als der Verteilungszustand des partikelförmigen Materials in dem Mehrfachschichtfilm der ungleichförmigen Dichte festgelegt wird. Wie es oben beschrieben ist wird mittels Verwendung einer Funktion, als Streufunktion, welche eine Übergangswahrscheinlichkeit einführt, in der eine exakte Lösung des Mehrfachschichtfilms ohne Streuung in einer Grenzfläche als ein Ausgangszustand und ein Endzustand festgelegt wird, der Verteilungszustand des partikelförmigen Materials der ungleichmäßigen Dichte analysiert.In the analysis method of the non-uniform density multilayer film disclosed in Patent Document 1, the scattering function representing the X-ray scattering curve according to the parameter indicating the distribution state of the particulate matter is used. An X-ray scattering intensity is calculated under the same conditions as the measurement conditions under which the X-ray scattering intensity is actually measured, and a fit is performed between the calculated X-ray scattering intensity while a parameter is changed and the actually measured X-ray scattering intensity, and the parameter value when the calculated X-ray scattering intensity coincides with the actually measured X-ray scattering intensity when determining the distribution state of the particulate matter in the non-uniform density multilayer film. As described above, by using a function, as a scattering function, which introduces a transition probability in which an exact solution of the multilayer film without scattering in an interface is set as an initial state and a final state, the distribution state of the particulate matter of non-uniform density is analyzed.

In einem Verfahren, das im Patentdokument 2 offenbart ist, wird zum Messen der kritischen Dimension (CD) die Oberfläche eines Substrats so mit Röntgenstrahlung bestrahlt, dass diese einen Bereich einer periodischen Struktur auf der Oberfläche einer Probe trifft. Anschließend wird zur Messung der Dimension der Struktur parallel zur Oberfläche der Probe ein Röntgenstrahlmuster, das von der Streuung herrührt, die dem Merkmal der Oberfläche entspricht, als Funktion des Azimut (Azmuth) parallel zur Oberfläche der Probe detektiert. Allerdings ist als Verfahren zur Messung der Beugungslinie jeder Ordnung der ausgebildeten periodischen Struktur die Drehung der Probe selbst, in der Azimut-Richtung nicht explizit angegebene.In a method disclosed in Patent Document 2, for measuring the critical dimension (CD), the surface of a substrate is irradiated with X-rays so as to hit a portion of a periodic structure on the surface of a sample. Then, to measure the dimension of the structure parallel to the surface of the sample, an X-ray pattern resulting from the scattering corresponding to the feature of the surface is detected as a function of the azimuth (Azmuth) parallel to the surface of the sample. However, as a method for measuring the diffraction line of each order of the formed periodic structure, the rotation of the sample itself in the azimuth direction is not explicitly specified.

Im Gegensatz dazu offenbart das Nicht-Patentdokument 1, das vor der Offenlegung des oben beschriebenen Patentdokuments 1 offengelegt wurde, dass ein Messsystem hoher Auflösung mittels Verwendung eines Spiegels, eines Kristallkollimators und eines Analysators aufgebaut ist, wobei ein gebeugter Röntgenstrahl von einer periodischen Struktur, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, als ein ebenes Röntgenstreumuster kleinen Winkels bezeichnet wird und als Funktion eines Azimut gemessen wird. In dem hier veröffentlichten Verfahren wird die periodische Struktur als beinahe kristallgleich angesehen, wobei eine Probe so in der Azimut-Richtung gedreht wird, dass das Spektrum jeder Ordnung die bekannte Braggsche Beugungsbedingung (in dem Nicht-Patentdokument 1 ist diese als ϕ bezeichnet) erfüllt, eine sehr große Anzahl von Streupeaks detektiert werden und, basierend darauf, der Strukturabstand und die Linienbreite der periodischen Struktur mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Ferner ist ein Verfahren offenbart, bei dem, wenn die Probe in der Azimut-Richtung gedreht wird, gleichzeitig ein Detektor mit einer diesbezüglich zweifachen Geschwindigkeit gedreht wird (in dem Nicht-Patentdokument 1 wird diese als 2θ/ϕ-Scan bezeichnet) und somit die Braggschen Beugungsbedingungen erfüllt werden.In contrast, Non-Patent Document 1, which was disclosed prior to the disclosure of Patent Document 1 described above, discloses that a high-resolution measurement system is constructed by using a mirror, a crystal collimator, and an analyzer, wherein a diffracted X-ray of a periodic structure that is formed on the surface as a plane roentgen small angle gene scattering pattern and is measured as a function of an azimuth. In the method disclosed here, the periodic structure is regarded as almost crystal-like, with a sample rotated in the azimuth direction so that the spectrum of each order satisfies the well-known Bragg diffraction condition (in non-patent document 1, this is denoted as ϕ), a very large number of scattering peaks are detected and, based on this, the structure spacing and the line width of the periodic structure are determined with high accuracy. Further, a method is disclosed in which when the sample is rotated in the azimuth direction, a detector is simultaneously rotated at a speed twice that of this (in non-patent document 1, this is called 2θ/φ scan) and thus the Bragg diffraction conditions are met.

Ferner schlägt das Nicht-Patentdokument 2 ein Strukturmodell zur theoretischen Berechnung eines Röntgenstreuspektrums vor, das eine Funktion mit Bezug auf die Richtung des gemessenen Azimut ist (Gleichung 2) in dem Nicht-Patentdokument 2. Es wird ein Verfahren offenbart, bei dem, basieren darauf, eine Röntgenstreuintensität speziell berechnet wird, wobei ein Parameter durch Vergleich mit dem gemessenen Röntgenstreuspektrum optimiert wird, wobei eine Mikrostruktur, wie beispielsweise eine Linienbreite und eine Neigung einer Seitenwand, bestimmt wird.

  • Patentdokument 1: JP 2003 - 202 305 A
  • Patentdokument 2: US 2006 / 0 133 570 A1
  • Nicht-Patentdokument 1: Yoshiyasu ITO, Katsuhiko INABA, Kazuhiko OMOTE, Yasuo WADA, Tomokazu EZURA, Ken TSUTSUI und Susumu IKEDA, „Evaluation of a Microfabricated Structure by an Ultra-high Resolution In-plane X-ray Small Angle Scattering Method“, The 53th Applied Physics Related Discussion Meeting Preprint 24a-B-4/III, May 24, 2006, No. 3, p. 1471
  • Nicht-Patentdokument 2: Yoshiyasu ITO, Katsuhiko INABA, Kazuhiko OMOTE, Yasuo WADA und Susumu IKEDA, Characterization of Submicron-scale Periodic Grooves by Grazing Incidence Ultra-small-angle X-ray Scattering, Japanese Journal of Applied Physics, Japan, The Japan Society of Applied Physics, August 10, 2007, Vol. 46, No. 32, 2007 pp. L773-L775 Die US 2006/0133570 A1 offenbart Merkmale, die unter den Oberbegriff des Anspruches 1 fallen.
Further, Non-patent Document 2 proposes a structural model for theoretically calculating an X-ray scattering spectrum that is a function with respect to the direction of the measured azimuth (equation 2) in Non-patent Document 2. A method is disclosed in which, based thereon , an X-ray scattering intensity is specifically calculated with a parameter being optimized by comparison with the measured X-ray scattering spectrum, whereby a microstructure such as a line width and a slope of a sidewall is determined.
  • Patent Document 1: JP 2003 - 202 305 A
  • Patent Document 2: U.S. 2006/0 133 570 A1
  • Non-patent document 1: Yoshiyasu ITO, Katsuhiko INABA, Kazuhiko OMOTE, Yasuo WADA, Tomokazu EZURA, Ken TSUTSUI and Susumu IKEDA, "Evaluation of a Microfabricated Structure by an Ultra-high Resolution In-plane X-ray Small Angle Scattering Method", The 53th Applied Physics Related Discussion Meeting Preprint 24a-B-4/III, May 24, 2006, no. 3, p. 1471
  • Non-patent document 2: Yoshiyasu ITO, Katsuhiko INABA, Kazuhiko OMOTE, Yasuo WADA and Susumu IKEDA, Characterization of Submicron-scale Periodic Grooves by Grazing Incidence Ultra-small-angle X-ray Scattering, Japanese Journal of Applied Physics, Japan, The Japan Society of Applied Physics, August 10, 2007, Vol. 46, No. 32, 2007 pp. L773-L775 The U.S. 2006/0133570 A1 discloses features falling under the preamble of claim 1.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Inzwischen hat sich die Größe einer Struktureinheit bei der Halbleiterherstellung deutlich verringert, wobei es schwierig ist, eine CD-Messung auszuführen. Obwohl beispielsweise die Strahlgröße eines CD-SEM als ungefähr 5 nm angesehen wird, ist es nicht einfach, 20 nm mit dieser Strahlgröße zu messen. Ferner, obwohl bei der Scatterometrie die Wellenlänge von Messlicht natürlicherweise verringert ist, wird unter Berücksichtigung der Transmission des Lichts in der Atmosphäre die Wellenlänge um ungefähr höchstens 200 nm reduziert, und es ist offensichtlich, dass es schwierig wird, die Messung in Zukunft durchzuführen. Indem in der Zukunft die CD auf 32 nm, auf 25 nm und dann auf 20 nm verringert wird, d. h. im Verlauf der Zeit, ist es sehr wahrscheinlich, dass diese Verfahren keine ausreichende Empfindlichkeit aufweisen werden. In dieser Situation, wenn die CD-Messung mittels Verwendung von Röntgenstrahlung möglich wird, wird, obwohl nicht alle Verfahren, wie beispielsweise die Scatterometrie und das CD-SEM ersetzt werden, ein neuer Weg zum Messen eines Bereichs gefunden, der eine Struktureinheitsgröße aufweist, bei der diese Verfahren zum Messen nicht geeignet sind.Meanwhile, the size of a unit structure in semiconductor manufacturing has been remarkably reduced, and it is difficult to carry out CD measurement. For example, although the beam size of a CD-SEM is considered to be around 5 nm, it is not easy to measure 20 nm with this beam size. Further, although the wavelength of measurement light is naturally reduced in scatterometry, considering the transmittance of light in the atmosphere, the wavelength is reduced by about 200 nm at most, and it is apparent that it becomes difficult to perform the measurement in the future. In the future, by reducing the CD to 32 nm, to 25 nm and then to 20 nm, i. H. over time, it is very likely that these methods will not have sufficient sensitivity. In this situation, when CD measurement using X-ray becomes possible, although not all methods such as scatterometry and CD-SEM are replaced, a new way of measuring a region having structural unit size is found at which these methods are not suitable for measuring.

Ferner werden Untersuchungen und Entwicklungen bezüglich nicht nur eines integrierten Halbleiterschaltkreises, als Einrichtung, die eine solche Mikrostruktur aufweist, durchgeführt, sondern auch ein davon zu unterscheidender Weg wird begangen, der auf eine hohe Aufzeichnungsdichte eines Magnetaufzeichnungsmediums oder dergleichen, strukturierte Medien und dergleichen abzielt. Eine vergleichbare Technologie mit Röntgenstrahlung wird selbst zur Auswertung dieser Einrichtungen als anwendbar angesehen. Die obige Beschreibung zielt auf den Hintergrund ab, in dem der vorliegende Erfinder damit begonnen hat, die CD-Messung mittels Verwendung von Röntgenstrahlung zu entwickeln.Further, investigations and developments are being made on not only a semiconductor integrated circuit as a device having such a microstructure, but also a different way is being pursued which aims at high recording density of a magnetic recording medium or the like, patterned media and the like. Comparable technology using X-rays is considered applicable even for the evaluation of these devices. The above description is aimed at the background in which the present inventor started to develop the CD measurement using X-rays.

Als Antwort auf das Erfordernis für die CD-Messung ist es mittels Verwendung der Verfahren, die im Patentdokument 2 und Nicht-Patentdokument 1 offenbart sind, möglich, die Dimension einer Mikrostruktur bis zu einem gewissen Maß zu spezifizieren. Allerdings werden beispielsweise in dem Verfahren, das in dem Nicht-Patentdokument 1 offenbart ist, da die Berechnung eindimensional ausgeführt wird, die Höhen einer Struktur, wie beispielsweise eines Gitters, in der Höhenrichtung gemittelt. Folglich wenn die Dichte eines Seitenwandabschnitts sich allmählich in der Linien- und Raummikrostruktur ändert, ist es unmöglicht, zu bestimmen, ob die Änderung durch die Neigung der Seitenwand oder die Rauhigkeit bewirkt wird. Wie es oben beschrieben ist, ist eine Grenze der Genauigkeit bezüglich der Spezifizierung des Merkmals einer Mikrostruktur mit dem herkömmlichen Verfahren vorhanden.In response to the requirement for the CD measurement, by using the methods disclosed in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, it is possible to specify the dimension of a microstructure to some extent. However, for example, in the method disclosed in Non-patent Document 1, since the calculation is performed one-dimensionally, the heights of a structure such as a lattice are averaged in the height direction. Consequently, when the density of a sidewall portion gradually changes in line and space microstructure, it is impossible to determine whether the change is caused by the slope of the sidewall or the roughness. Like it above is described, there is a limit of accuracy in specifying the feature of a microstructure with the conventional method.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obige Situation getätigt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Messverfahren für eine Oberflächenmikrostruktur, ein Verfahren zur Datenanalyse einer Oberflächenmikrostrukturmessung und eine Röntgenstreuungs-Messeinrichtung bereitzustellen, mit denen eine Mikrostruktur auf einer Oberfläche genau gemessen werden kann, und womit ein dreidimensionales Strukturmerkmal ermittelt werden kann.

  1. (1) Um die obige Aufgabe zu erzielen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur auf einer Probenoberfläche bereitgestellt, das in einem der unabhängigen Ansprüche definiert ist. Wie es oben beschrieben ist, in dem Verfahren zur Messung der Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Röntgenstrahlung, die eine elektromagnetische Welle ist, deren Wellenlänge ausreichend kürzer als ein zu messendes Ziel ist, zur Messung verwendet wird, ist es möglich, eine feine Struktur genauer zu messen als in einem Fall, in dem Licht oder dergleichen, deren Wellenlänge länger als das zu messende Ziel ist, verwendet wird. Es ist auch möglich, die dreidimensionalen Merkmale der periodisch angeordneten Einheitsstruktur zu ermitteln und die Oberflächenstruktur und dergleichen von verschiedenen Einrichtungen, die mit Linien und Räumen und Punkten ausgebildet sind, zu ermitteln.
  2. (2) Ferner ist in dem Verfahren zur Messung einer Oberflächemikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung die Einheitsstruktur mit einem gleichförmigen substantiellen Bereich und einem gleichförmigen Leerbereich innerhalb dieser Schichten ausgebildet, und die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die von dem substantiellen Bereich bewirkt wird, wird berechnet. Wie es oben beschrieben ist, da die Merkmale, die in den Probe enthalten sind, dadurch dargestellt werden, dass diese in den substantiellen Bereich und den Leerbereich unterteilt werden, spezielle Formeln zur Berechnung der Röntgenstreuintensität bereitgestellt werden, der Fit zum Optimieren der Formparameter des substantiellen Bereichs, die dort auftreten, ausgeführt wird, ist es möglich, ein genaues Strukturmerkmale der Probe auf einfache Weise zu ermitteln.
  3. (3) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung der Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung der Beugungs- und Reflexionseffekte, die durch eine Mehrzahl von Schichten, die in dem Probenmodell ausgebildet sind, erzeugt werden, die Streuintensität der Röntgenstreuung durch die Mikrostruktur berechnet. Folglich, da zu der Zeit das Probenmodell, in der die Schichtstruktur ausgebildet ist, angenommen bzw. festgelegt wird und die Beugungs- und Reflexionseffekte, die von diesen mehreren Schichten bewirkt werden, berücksichtigt werden, ist es möglich, eine Mikrostruktur, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, genau zu analysieren.
  4. (4) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung der Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung durch Unterstellen, dass die Einheitsstrukturen, Fluktuationen der Position von einer exakten periodischen Position aufweisen und die exakte periodische Position und die Fluktuationen der Position nicht von Differenzen zwischen wechselseitigen Positionen abhängen und zufällig sind, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, die Mikrostruktur einer Probe genau zu ermitteln, in der die Fluktuationen der Position der Einheitsstrukturen nicht von Differenzen zwischen wechselseitigen bzw. beidseitigen Positionen abhängen.
  5. (5) Bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächemikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter der Annahme, dass die Einheitsstrukturen Fluktuationen der Position bezüglich einer exakten periodischen Position aufweisen und die Fluktuationen der Position lediglich von einer relativen Positionsbeziehung bei der Einheitsstruktur abhängen, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, die Oberflächenmikrostruktur einer Probe zu ermitteln, in der die Einheitsstrukturen Fluktuationen der Position relativ zu einer exakten periodischen Position aufweisen.
  6. (6) Ferner werden in dem Verfahren zur Messung einer Oberflächemikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Fluktuationen der Position der Einheitsstrukturen eine Periodizität aufweisen, eine Amplitude und eine Periode der Fluktuationen der Position verwendet, um das mittlere Quadrat der Fluktuationen der Position der Einheitsstrukturen auszudrücken, und somit wird die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, die Oberflächenmikrostruktur einer Probe zu ermitteln, in der die Fluktuationen der Position der Einheitsstrukturen eine Periodizität aufweisen.
  7. (7) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen den substantiellen Bereich in einem Zylinder aufweisen, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, die Oberflächenmikrostruktur einer Probe einfach zu messen, bei der die Einheitsstrukturen eine zylindrische Form aufweisen.
  8. (8) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen den substantiellen Bereich in einem Trapezoid aufweisen, das in einer x-Richtung parallel zur Probenoberflächen gleichförmig ist, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, die Oberflächenmikrostruktur einer Probe einfach zu messen, in der die Einheitsstrukturen, wie beispielsweise Linien und Räume, eine trapezförmige Querschnittsgestalt aufweisen, die in einer bestimmten Richtung gleichförmig ist.
  9. (9) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen einen substantiellen Bereich aufweisen, der in einer x-Richtung parallel zur Probenoberfläche gleichförmig ist, und die in Elemente in einer y-Richtung senkrecht zur x-Richtung parallel zur Probenoberfläche unterteilt sind, ein Integral durch eine Summe der Elemente approximiert, und somit wird die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, selbst detaillierte Merkmale der Oberflächenstruktur einer Probe zu ermitteln, in der die Einheitsstruktur eine Gestalt aufweist, die in einer gegebenen Richtung gleichförmig ist.
  10. (10) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächemikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn ein Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen einen substantiellen Bereich aufweisen, der eine Querschnittsstruktur aufweist, die in der x-Richtung gleichförmig ist, angenommen wird, ist entweder ein Krümmungsradius eines konvexen Endbereichs von beiden Enden einer oberen Seite oder ein Krümmungsradius eines konkaven Basisbereichs von beiden Enden einer unteren Seite der Querschnittsgestalt in einem Parameter enthalten, und somit wird die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Folglich ist es möglich, selbst detaillierte Merkmale, wie beispielweise den Krümmungsradius eines Endbereichs der Oberflächemikrostruktur einer Probe zu ermitteln, in der die Einheitsstruktur eine gleichförmige trapezoidförmige Querschnittsgestalt in einer gegebenen Richtung aufweist.
  11. (11) Ferner wird bei dem Verfahren zur Messung einer Oberflächemikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung mittels eines Probenmodells, in dem die Einheitsstrukturen einen ersten substantiellen Bereich, der in der Form eines in x-Richtung gleichförmigen Trapezoids ausgebildet ist, und einen oder mehrere zweite substantielle Bereiche aufweist, deren Material sich von der Materialt des ersten substantiellen Bereichs unterscheidet und die in Schichten auf dem ersten substantiellen Bereich ausgebildet sind, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Mittels Verwendung des oben beschriebenen Probenmodells ist es möglich, eine nicht destruktive Messung auszuführen, beispielsweise in dem Herstellungsprozess verschiedener Einrichtungen, wobei der zweite substantielle Bereich als ein Film auf einer Seitenwand oder einem Bodenabschnitt gleichförmig ausgebildet ist.
  12. (12) Ferner wird in dem Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung mittels eines Probenmodells, in dem die Einheitsstrukturen den substantiellen Bereich aufweisen, der in der x-Richtung gleichförmig ist und in dem eine Querschnittsgestalt senkrecht zur x-Richtung asymmetrisch trapezoidförmig ist, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet. Bei Verwendung des oben beschriebenen Probenmodells, selbst wenn in dem Herstellungsverfahren verschiedener Einrichtungen eine asymmetrische Seitenwandstruktur ausgebildet wird, ist es möglich, eine zufriedenstellende Detektionsempfindlichkeit bezüglich der Asymmetrie eines Seitenwandwinkels zu erzielen. Folglich ist es möglich, das Probenmodell als Überwachung eines Prozesses, in dem Asymmetrie eine Rolle spielt, effektiv zu nutzen.
  13. (13) Ferner wird in dem Verfahren zur Messung einer Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung mittels eines Probenmodells, in dem die Einheitsstrukturen einen substantiellen Bereich aufweisen, der eine periodische Struktur sowohl in einer x-Richtung parallel zur Probenoberfläche als auch einer y-Richtung parallel zur Probenoberfläche und senkrecht zur x-Richtung aufweist, und die in der x- und y-Richtung parallel zur Probenoberfläche in Elemente unterteilt sind, die Streuintensität der Röntgenstrahlung jeder der Elemente mittels einer Summe der Elemente integriert. Folglich ist es möglich, die Differenz bzw. Abweichungen einer Querschnittsgestalt zu ermitteln, selbst wenn eine zweidimensionale periodische Struktur auf der Oberfläche vorhanden ist und jede der Einheitsstrukturen eine komplizierte Querschnittsgestalt aufweist.
  14. (14) Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Datenanalyse einer Oberflächenmikrostrukturmessung zur Messung einer Mikrostruktur auf einer Probenoberfläche bereitgestellt, wobei das Verfahren einen Computer veranlasst, die Schritte auszuführen: Annehmen bzw. Festlegen eines Probenmodells mit einer Mikrostruktur auf einer Oberfläche, in der eine oder mehrere Schichten in einer Richtung senkrecht auf der Oberfläche ausgebildet sind und Einheitsstrukturen periodisch in einer Richtung parallel zur Oberfläche innerhalb der Schichten angeordnet sind, Berechnen einer Streuintensität von Röntgenstrahlung, die von der Mikrostruktur gestreut wird, unter Berücksichtigung von Beugungs- und Reflexionseffekten, die von den Schichten erzeugt werden, und Durchführen eines Fits der aus dem Probenmodell berechneten Streuintensität der Röntgenstrahlung an eine Streuintensität, die durch Bestrahlen der Probenoberfläche mit Röntgenstrahlung in einem sehr kleinen bzw. streifenden Einfallswinkel tatsächlich gemessen wird; und Bestimmen, als Resultat des Fits, eines optimalen Parameterwerts zur Spezifizierung einer Gestalt bzw. Form der Einheitsstrukturen.
The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a surface microstructure measurement method, a surface microstructure measurement data analysis method and an X-ray diffraction measuring device, which can accurately measure a microstructure on a surface can, and with which a three-dimensional structural feature can be determined.
  1. (1) In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a method for measuring a surface microstructure on a sample surface as defined in any one of the independent claims. As described above, in the method for measuring the surface microstructure according to the present invention, since the X-ray, which is an electromagnetic wave whose wavelength is sufficiently shorter than a target to be measured, is used for measurement, it is possible to obtain a fine to measure structure more accurately than in a case where light or the like whose wavelength is longer than the target to be measured is used. It is also possible to detect the three-dimensional characteristics of the unit structure periodically arranged and to detect the surface structure and the like of various devices formed with lines and spaces and dots.
  2. (2) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, the unit structure having a uniform substantial area and a uniform void area is formed within these layers, and the X-ray scattering intensity caused by the substantial area is calculated. As described above, since the features contained in the specimen are represented by dividing them into the substantial area and the void area, specific formulas for calculating the X-ray scattering intensity are provided, the fit for optimizing the shape parameters of the substantial Areas that occur there, it is possible to determine an accurate structural features of the sample in a simple manner.
  3. (3) Further, in the surface microstructure measuring method according to the present invention, considering the effects of diffraction and reflection produced by a plurality of layers formed in the sample model, the scattering intensity of X-ray scattering by the microstructure is calculated. Consequently, since at the time the sample model in which the layered structure is formed is assumed and the diffraction and reflection effects caused by these multiple layers are taken into account, it is possible to obtain a microstructure formed on the surface trained to analyze accurately.
  4. (4) Further, in the method for measuring the surface microstructure according to the present invention, by assuming that the unit structures have fluctuations in position from an exact periodic position and the exact periodic position and the fluctuations in position do not depend on differences between mutual positions and are random, the scattering intensity of the X-ray radiation is calculated. Consequently, it is possible to accurately detect the microstructure of a sample in which the fluctuations in the position of the unit structures do not depend on differences between mutual positions.
  5. (5) In the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, assuming that the unit structures have fluctuations in position with respect to an exact periodic position and the fluctuations in position depend only on a relative positional relationship in the unit structure, the scattering intensity of X-rays calculated. Consequently, it is possible to detect the surface microstructure of a sample in which the unit structures have fluctuations in position relative to an accurate periodic position.
  6. (6) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, when the fluctuations in the position of the unit structures have a periodicity, an amplitude and a period of the fluctuations in the position are used to express the mean square of the fluctuations in the position of the unit structures , and thus the scattering intensity of the X-ray radiation is calculated. Consequently, it is possible to detect the surface microstructure of a sample in which the fluctuations in the position of the unit structures have periodicity.
  7. (7) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, in a sample model in which the unit structures have the substantial region in a cylinder, the X-ray scattering intensity is calculated. Consequently, it is possible that Easy to measure surface microstructure of a sample in which the unit structures have a cylindrical shape.
  8. (8) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, in a sample model in which the unit structures have the substantial area in a trapezoid that is uniform in an x-direction parallel to the sample surface, the X-ray scattering intensity is calculated. Consequently, it is possible to easily measure the surface microstructure of a sample in which the unit structures such as lines and spaces have a trapezoidal cross-sectional shape that is uniform in a certain direction.
  9. (9) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, in a sample model in which the unit structures have a substantial area uniform in an x-direction parallel to the sample surface and the elements in a y-direction perpendicular to the x-direction parallel to the sample surface, an integral is approximated by a sum of the elements, and thus the scattering intensity of the X-ray is calculated. Consequently, it is possible to detect even detailed features of the surface structure of a sample in which the unit structure has a shape uniform in a given direction.
  10. (10) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, when a sample model in which the unit structures have a substantial area having a cross-sectional structure that is uniform in the x-direction is assumed to be either a Radius of curvature of a convex end portion from both ends of an upper side or a radius of curvature of a concave base portion from both ends of a lower side of the cross-sectional shape is included in a parameter, and thus the scattering intensity of the X-ray is calculated. Consequently, it is possible to detect even detailed features such as the radius of curvature of an end portion of the surface microstructure of a sample in which the unit structure has a uniform trapezoidal cross-sectional shape in a given direction.
  11. (11) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, using a sample model in which the unit structures include a first substantial region formed in the shape of a trapezoid uniform in the x-direction and one or more second substantial regions the material of which is different from the material of the first substantial region and which are formed in layers on the first substantial region, calculates the scattering intensity of the X-ray. By using the sample model described above, it is possible to perform non-destructive measurement, for example, in the manufacturing process of various devices, with the second substantial region being uniformly formed as a film on a side wall or a bottom portion.
  12. (12) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, using a sample model in which the unit structures have the substantial area that is uniform in the x-direction and in which a cross-sectional shape perpendicular to the x-direction is asymmetrically trapezoidal , calculates the scattering intensity of X-rays. Using the sample model described above, even if an asymmetric sidewall structure is formed in the manufacturing process of various devices, it is possible to obtain a satisfactory detection sensitivity to the asymmetry of a sidewall angle. Consequently, it is possible to effectively use the sample model as a monitor of a process in which asymmetry plays a role.
  13. (13) Further, in the method for measuring a surface microstructure according to the present invention, using a sample model in which the unit structures have a substantial portion having a periodic structure in both an x-direction parallel to the sample surface and a y-direction parallel to the sample surface and perpendicular to the x-direction, and which are divided into elements in the x- and y-directions parallel to the sample surface, the scattering intensity of the X-ray of each of the elements is integrated by means of a sum of the elements. Consequently, it is possible to detect the difference of a cross-sectional shape even when a two-dimensional periodic structure is present on the surface and each of the unit structures has a complicated cross-sectional shape.
  14. (14) Further according to the present invention, there is provided a surface microstructure measurement data analysis method for measuring a microstructure on a sample surface, the method causing a computer to perform the steps of: accepting or specifying a sample model having a microstructure on a surface in which one or more layers are formed in a direction perpendicular to the surface and unit structures are periodically formed in a direction parallel to the surface within the layers, calculating a scattering intensity of X-rays scattered by the microstructure, taking into account diffraction and reflection effects generated by the layers, and performing a fit of the X-ray scattering intensity calculated from the sample model a scattering intensity actually measured by irradiating the sample surface with X-rays at a very small or grazing angle of incidence; and determining, as a result of the fitting, an optimal parameter value for specifying a shape of the unit structures.

Folglich wird ein Vorteil durch Verwenden von Röntgenstrahlung mit kurzer Wellenlänge erzielt, und es ist möglich, eine Mikrostruktur genau zu messen, verglichen mit einem Fall, in dem die die Lichtstreuintensität oder dergleichen verwendet wird. Ferner ist es unter Verwendung des Probenmodells, in dem eine Schichtstruktur ausgebildet ist, und der Streuintensität, die der Gestalt des substantiellen Bereichs auf der Oberfläche entspricht, möglich, ein dreidimensionale Strukturmerkmal der Probe zu ermitteln und die Oberflächenstruktur und dergleichen von verschiedenen Einrichtungen, die durch Linien und Räume und Punkte ausgebildet wird zu ermitteln.

  • (15) Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Röntgenstreuungs-Messeinrichtung bereitgestellt, die zur Messung einer Mikrostruktur auf einer Probenoberfläche ausgelegt ist, wobei die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung enthält: einen Monochromator, der Röntgenstrahlung, die von einer Röntgenstrahlquelle emittiert wird, spektral reflektiert; einen Schlitzabschnitt, der im Stande ist, eine Spot-Abmessung der spektral reflektierten Röntgenstrahlung auf der Probenoberfläche auf 30 µm oder weniger zu begrenzen; einen Probenhalter, der eine Drehung zum Ändern sowohl eines Einfallwinkels der spektral reflektierten Röntgenstrahlung auf der Probenoberfläche als auch eine Drehung in einer Ebene der Probenoberfläche ermöglicht und der die Probe trägt; und einen zweidimensionalen Detektor, der die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die von der Probenoberfläche gestreut wird, misst. Da es auf diese Weise möglich ist, die Ausdehnung des Bestrahlungsbereichs der Röntgenstrahlung auf die Probenoberfläche einzuschränken und die Streuintensität der Röntgenstrahlung zu messen, welche eine Mikrostruktur in der Größenordnung von Nanometern, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, widerspiegelt, ist eine genaue Messung der Mikrostruktur möglich.
Consequently, an advantage is obtained by using short-wavelength X-rays, and it is possible to accurately measure a microstructure compared with a case where light scattering intensity or the like is used. Further, using the sample model in which a layered structure is formed and the scattering intensity corresponding to the shape of the substantial area on the surface, it is possible to detect a three-dimensional structural feature of the sample and the surface structure and the like of various devices obtained by Lines and spaces and points formed will determine.
  • (15) Further according to the present invention, there is provided an X-ray scattering measuring device designed to measure a microstructure on a sample surface, the X-ray scattering measuring device including: a monochromator that spectrally reflects X-rays emitted from an X-ray source; a slit portion capable of restricting a spot size of the spectrally reflected X-ray on the sample surface to 30 µm or less; a sample holder that allows rotation for changing both an incident angle of the spectrally reflected X-ray on the sample surface and rotation in a plane of the sample surface and supports the sample; and a two-dimensional detector that measures the scattering intensity of X-rays scattered from the sample surface. In this way, since it is possible to restrict the extension of the irradiation range of X-rays to the sample surface and to measure the scattering intensity of X-rays reflecting a microstructure on the order of nanometers formed on the surface, accurate measurement of the microstructure is possible possible.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Mikrostruktur genau zu messen, verglichen mit einem Fall, in dem eine Lichtstreuung oder dergleichen verwendet wird. Mit dem Probenmodell, in dem eine Schichtstruktur ausgebildet ist, und der Streuintensität, die der Form des substantiellen Bereichs auf der Oberfläche entspricht, ist es möglich, das dreidimensionale Strukturmerkmal der Probe zu ermitteln, und die Oberflächenstruktur und dergleichen von verschiedenen Einrichtungen, die durch Linien und Räume und Punkte ausgebildet ist, zu ermitteln.According to the present invention, it is possible to accurately measure a microstructure compared to a case where light scattering or the like is used. With the sample model in which a layered structure is formed and the scattering intensity corresponding to the shape of the substantial area on the surface, it is possible to determine the three-dimensional structural feature of the sample, and the surface structure and the like of various facilities represented by lines and spaces and points is designed to determine.

Figurenlistecharacter list

  • 1 ist ein Diagramm, das den Aufbau und die Funktionsblöcke eines Oberflächenmikrostruktur-Messsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; 1 Fig. 14 is a diagram showing the structure and functional blocks of a surface microstructure measuring system according to the present invention;
  • 2 ist eine Seitenansicht, die einen Teil eines Beispiels des Aufbaus einer Röntgenstreuungs-Messeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; 2 Fig. 14 is a side view showing part of an example of construction of an X-ray diffraction measuring device according to the present invention;
  • 3 ist eine Seitenansicht, die einen Teil eines Beispiels des Aufbaus der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; 3 Fig. 14 is a side view showing part of an example of the construction of the X-ray diffraction measuring device according to the present invention;
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht (oder ein zusätzliches Diagramm, das eine Formel für die Simulation illustriert), die ein Beispiel einer Probe schematisch zeigt, die eine Oberflächenmikrostruktur aufweist; 4 Fig. 13 is a perspective view (or an additional diagram illustrating a formula for the simulation) schematically showing an example of a sample having a surface microstructure;
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht (oder ein zusätzliches Diagramm, das eine Formel für die Simulation illustriert), die ein Beispiel einer Probe schematisch zeigt, die eine Oberflächenmikrostruktur aufweist; 5 Fig. 13 is a perspective view (or an additional diagram illustrating a formula for the simulation) schematically showing an example of a sample having a surface microstructure;
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf einer Simulation und eines Fits in einer Oberflächenmikrostruktur-Messeinrichtung zeigt; 6 Fig. 12 is a flow chart showing the flow of a simulation and a fit in a surface microstructure measuring device;
  • 7 ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie sich ein elektrisches Feld durch den Einfall von Röntgenstrahlung in Schichten einer Probe ändert, die eine N-Schichtstruktur aufweist; 7 Fig. 12 is a schematic diagram showing how an electric field changes by the incidence of X-rays in layers of a sample having an N-layer structure;
  • 8 ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie das elektrische Feld sich durch die Austretende Röntgenstrahlung in den Schichten der Probe ändert, welche die N-Schichtstruktur aufweist; 8th Fig. 12 is a schematic diagram showing how the electric field changes by the exiting X-rays in the layers of the sample having the N-layer structure;
  • 9 ist eine Querschnittsansicht eines Probemodells, in dem Linien und Räume auf dessen Oberfläche ausgebildet sind; 9 Fig. 14 is a cross-sectional view of a sample model in which lines and spaces are formed on the surface thereof;
  • 10 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell zeigt, in dem eine Schichtstruktur ausgebildet ist; 10 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model in which a layered structure is formed;
  • 11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell zeigt, das eine Struktur aufweist, in der sich mit Änderung der Höhe die Materialzusammensetzung ändert; 11 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model having a structure in which the material composition changes as the height changes;
  • 12 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell zeigt, in dem ein konvexer Abschnitt eine Stufe aufweist; 12 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model in which a convex portion has a step;
  • 13 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell zeigt, in dem eine neue Abdeckschicht auf einer Mikrostruktur ausgebildet ist; 13 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model in which a new resist layer is formed on a microstructure;
  • 14 ist ein Diagramm, das eine Streuintensität zeigt, die von einem Teil der Summe der Perioden abgeleitet ist, welche mit einer Störperiode von p=2 berechnet sind; 14 Fig. 12 is a diagram showing a scattering intensity derived from a part of the sum of the periods calculated with a spurious period of p=2;
  • 15 ist eine Querschnittsansicht eines Probenmodells, das einen Linienbereich aufweist, dessen Querschnittsansicht trapezoidförmig ist; 15 Fig. 14 is a cross-sectional view of a sample model having a line portion whose cross-sectional view is trapezoidal;
  • 16 ist ein Diagramm, welches das Resultat einer Simulation zeigt, die an dem Modell der 15 ausgeführt wurde; 16 Fig. 12 is a diagram showing the result of a simulation performed on the model of 15 was executed;
  • 17 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell zeigt, das einen Linienabschnitt aufweist, dessen Querschnittsansicht trapezoidförmig ist; 17 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model having a line portion whose cross-sectional view is trapezoidal;
  • 18 ist ein Diagramm, welches das Resultat einer Simulation zeigt, die an dem Modell der 17 ausgeführt wurde; 18 Fig. 12 is a diagram showing the result of a simulation performed on the model of 17 was executed;
  • 19 ist eine Querschnittsansicht eines Probenmodells, das einen Linienabschnitt aufweist, dessen Oberfläche von Schichten bedeckt ist; 19 Fig. 14 is a cross-sectional view of a sample model having a line portion whose surface is covered with layers;
  • 20 ist ein Diagramm, welches das Resultat einer Simulation zeigt, die an dem Modell der 19 ausgeführt wurde; 20 Fig. 12 is a diagram showing the result of a simulation performed on the model of 19 was executed;
  • 21 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Probenmodell zeigt, das einen Linienabschnitt aufweist, in dem eine asymmetrische Seitenwand ausgebildet ist; 21 Fig. 14 is a cross-sectional view showing a sample model having a line portion in which an asymmetric side wall is formed;
  • 22 ist ein Diagramm, welches das Resultat einer Simulation zeigt, die an dem Modell der 21 ausgeführt wurde; 22 Fig. 12 is a diagram showing the result of a simulation performed on the model of 21 was executed;
  • 23 ist eine draufsichtsmäßige SEM-Fotografie einer Probe; 23 Fig. 12 is a top view SEM photograph of a sample;
  • 24 ist eine querschnittsmäßige TEM-Fotografie einer Probe; 24 Fig. 12 is a cross-sectional TEM photograph of a sample;
  • 25 ist eine Querschnittsansicht des Probenmodells der Proben, die in den 23 und 24 gezeigt sind; 25 Fig. 12 is a cross-sectional view of the sample model of the samples shown in Figs 23 and 24 are shown;
  • 26 ist ein Graph, der eine tatsächlich gemessene Röntgenstreuintensität zeigt; 26 Fig. 14 is a graph showing an X-ray scattering intensity actually measured;
  • 27 ist ein Graph, der eine berechnete Röntgenstreuintensität zeigt; 27 Fig. 14 is a graph showing a calculated X-ray scattering intensity;
  • 28 ist ein Graph, der bezüglich des ersten Peaks die tatsächlich gemessene Röntgenstreuintensität und die berechnete Röntgenstreuintensität zeigt; 28 Fig. 14 is a graph showing actually measured X-ray scattering intensity and calculated X-ray scattering intensity with respect to the first peak;
  • 29 ist ein Graph, der bezüglich des dritten Peaks die tatsächlich gemessene Röntgenstreuintensität und die berechnete Röntgenstreuintensität zeigt; und 29 Fig. 14 is a graph showing actually measured X-ray scattering intensity and calculated X-ray scattering intensity with respect to the third peak; and
  • 30 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Halbleitersubstrats zeigt. 30 12 is a plan view showing an example of a semiconductor substrate.

Beste Wege zur Ausführung der ErfindungBest Modes for Carrying Out the Invention

Es wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Zur Einfachheit des Verständnisses der Beschreibung werden die gleichen Bestandteile in den Zeichnungen mit gemeinsamen Referenzzeichen bezeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. For ease of understanding of the description, the same components in the drawings are denoted by common reference symbols and their description is not repeated.

[Aufbau des Gesamtsystems][Structure of the overall system]

1 ist ein Diagramm, das den Aufbau und die Funktionsblöcke eines Oberflächenmikrostruktur-Messsystems 100 zeigt. Wie es in 1 gezeigt ist, ist das Oberflächenmikrostruktur-Messsystem 100 mit einer Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 und einer Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 ausgestattet. 1 FIG. 12 is a diagram showing the structure and functional blocks of a surface microstructure measurement system 100. FIG. like it in 1 As shown, the surface microstructure measurement system 100 is equipped with an X-ray scattering measurement device 110 and a surface microstructure analysis device 120 .

Die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 ist eine Einrichtung, welche eine Probe mit Röntgenstrahlung in einem kleinen Winkel bestrahlt und welche die Streuintensität messen kann. Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 ist eine Einrichtung, die einen bekannten Parameter zur Berechnung der Streuintensität verwendet und die ein Merkmal der Oberflächenmikrostruktur der Probe durch Ausführen eines Fits an einen tatsächlich gemessenen Wert berechnen kann. Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 ist ein Computer, der wie bei einem PC oder dergleichen, eine CPU, eine Speichereinrichtung, eine Eingabeeinrichtung und eine Ausgabeeinrichtung enthält, und wobei die Eingabeeinrichtung und die Ausgabeeinrichtung extern vorgesehen sein können. Die Eingabeeinrichtung ist beispielsweise eine Tastatur oder eine Maus und wird verwendet, wenn ein bekannter Parameter oder dergleichen eingegeben wird. Die Ausgabeeinrichtung ist beispielsweise ein Display oder ein Drucker, und gibt das Resultat des Fits aus.The X-ray scattering measuring device 110 is a device which irradiates a sample with X-rays at a small angle and which can measure the scattering intensity. The surface microstructure analyzer 120 is a device that uses a known parameter to calculate the scattering intensity and can calculate a feature of the surface microstructure of the sample by performing a fit to an actually measured value. The surface microstructure analyzer 120 is a computer including a CPU, a storage device, an input device, and an output device like a PC or the like, and the input device and the output device may be provided externally. The input device is, for example, a keyboard or a mouse and is used when a known parameter or the like is input. The output device is a display or a printer, for example, and outputs the result of the fit.

Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 ist mit der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 verbunden und speichert Messdaten, die von der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 automatisch übertragen werden. Vorzugsweise werden die Daten automatisch übertragen, aber die Daten können auch auf einem Aufzeichnungsmedium oder dergleichen in der Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 gespeichert werden. Alternativ wird ein Steuerprogramm im Voraus installiert, und es ist somit möglich, die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 über die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 zur Zeit der tatsächlichen Messung zu steuern.The surface microstructure analyzer 120 is connected to the X-ray scattering measuring device 110 and stores measurement data automatically transmitted from the X-ray scattering measuring device 110 . Preferably, the data is automatically transmitted, but the data may be stored in the surface microstructure analyzer 120 on a recording medium or the like. Alternatively, a control program is installed in advance, and thus it is possible to control the X-ray scattering measurement device 110 via the surface microstructure analysis device 120 at the time of actual measurement.

[Struktur der Analyseeinrichtung][Structure of Analyzer]

Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 enthält einen Parameter-Beschaffungsabschnitt 121, einen Formelspeicherabschnitt 122, einen Simulationsabschnitt 123, einen Fitabschnitt 124 und einen Ausgabeabschnitt 125. Der Parameter-Beschaffungsabschnitt 121 beschafft Parameter zum Spezifizieren von Bedingungen der Röntgenstreuung, welche von der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 erhalten werden, und Parameter, die von einem Benutzer eingegeben werden. Die beschafften Parameter enthalten beispielsweise einen Einfallswinkel a auf die Probe 140 der Röntgenstrahlung und einen initialen Wert eines Parameters zum Spezifizieren der Form einer Einheitsstruktur auf der Oberfläche der Probe. Parameter, die durch den Fit erhalten werden, enthalten beispielsweise die Höhe H der Probe, deren Querschnittsansicht trapezoidförmig ist, die Länge Wt der oberen Seite, die Länge Wb der unteren Seite, den Krümmungsradius Rt eines konvexen Endabschnitts der oberen Seite, den Krümmungsradius Rb eines konvexen breiten Basisabschnitts (Rand des unteren Abschnitts).The surface microstructure analyzer 120 includes a parameter acquisition section 121, a formula storage section 122, a simulation section 123, a fitting section 124 and an output section 125. The parameter acquisition section 121 acquires parameters for specifying conditions of X-ray scattering, which are obtained from the X-ray scattering measuring apparatus 110 and parameters entered by a user. The acquired parameters include, for example, an angle of incidence α on the sample 140 of the X-ray and an initial value of a parameter for specifying the shape of a unit structure on the surface of the sample. Parameters obtained by the fit include, for example, the height H of the sample whose cross-sectional view is trapezoidal, the length Wt of the upper side, the length Wb of the lower side, the radius of curvature Rt of a convex end portion of the upper side, the radius of curvature Rb of a convex broad base portion (edge of lower portion).

Der Formelspeicherabschnitt 122 speichert eine Formel zum Berechnen einer Streuintensität an einem spezifischen Probenmodell mittels Simulation. Auf der anderen Seite ermittelt der Simulationsabschnitt 123 von dem Formelspeicherabschnitt 122 eine Formel zum Berechnen der Streuung an dem gewünschten Probenmodell von dem Formelspeicherabschnitt 122, und auf der anderen Seite wählt der Simulationsabschnitt 123 verschiedene notwendige Parameterwerte von bekannten Parametern aus, die von den bekannten Parametern ermittelt werden, und berechnet eine Röntgenstreuintensität. Der Fitabschnitt 124 führt einen Fit der Röntgenstreuintensität, die von dem Simulationsabschnitt 123 berechnet wird, und der Röntgenstreuintensität, die tatsächlich mittels der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 gemessen wird, aus.The formula storage section 122 stores a formula for calculating a scattering intensity on a specific sample model through simulation. On the other hand, the simulation section 123 obtains from the formula storage section 122 a formula for calculating the scattering on the desired sample model from the formula storage section 122, and on the other hand, the simulation section 123 selects various necessary parameter values from known parameters obtained from the known parameters and calculates an X-ray scattering intensity. The fitting section 124 fits the X-ray scattering intensity calculated by the simulation section 123 and the X-ray scattering intensity actually measured by the X-ray scattering measuring device 110 .

Wenn jede Formel verwendet wird, um die Röntgenstreuintensität zu berechnen, sind verschiedene Zahlen, wie beispielsweise ein Einfallswinkel a, der Brechungsindex der m-ten Schicht und ein Polarisationsfaktor P erforderlich. Beispielsweise wird der Einfallswinkel a durch automatische Übertragung durch die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 erhalten, wobei der Brechungsindex nm der m-ten Schicht und der Polarisationsfaktor P durch manuelle Eingabe erhalten werden, und wobei der klassische Elektronenradius rc durch Anwenden von im Voraus gespeicherten Informationen erhalten wird. Um dieses auszuführen, benötigt die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 eine Eingabeeinheit, eine Speichereinheit und dergleichen, und basierend auf Werten, die von diesen verschiedenen Einheiten erhalten werden, berechnet der Simulationsabschnitt 123 die Streuintensität. Die Berechnung der Röntgenstreuintensität und der Betrieb der Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 zur Zeit des Fits wird später beschrieben. Der Brechungsindex nm, der mit dem Strukturmodell übereinstimmt, kann von der gemessenen Röntgenstreuintensität bestimmt werden.When each formula is used to calculate the X-ray scattering intensity, various numbers such as an angle of incidence α, the refractive index of the m-th layer, and a polarization factor P are required. For example, the angle of incidence α is obtained by automatic transmission through the X-ray scattering measuring device 110, the refractive index n m of the mth layer and the polarization factor P are obtained by manual input, and the classical electron radius r c is obtained by applying information stored in advance is obtained. To do this, the surface microstructure analyzer 120 needs an input unit, a storage unit and the like, and based on values obtained from these various units, the simulation section 123 calculates the scattering intensity. The calculation of the X-ray scattering intensity and the operation of the surface microstructure analyzer 120 at the time of fitting will be described later. the Bre The refractive index nm , which agrees with the structural model, can be determined from the measured X-ray scattering intensity.

[Aufbau der Messeinrichtung][Structure of the measuring device]

2 und 3 sind Seitenansichten, welche einen Teil eines Beispiels des Aufbaus der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 zeigen. In dem Aufbau der 2 enthält die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 einen Monochromator 113, einen ersten Kollimationsblock 114, einen zweiten Kollimationsblock 115, einen Probenhalter 115a, einen zweidimensionalen Detektor 116 und einen Strahlstopper 117. 2 and 3 12 are side views showing part of an example of the structure of the X-ray diffraction measuring device 110. FIG. In the construction of 2 For example, the X-ray scattering measuring device 110 includes a monochromator 113, a first collimation block 114, a second collimation block 115, a sample holder 115a, a two-dimensional detector 116 and a beam stopper 117.

Der Monochromator 113 reflektiert die Röntgenstrahlung spektral, welche von einer nicht dargestellten Röntgenstrahlquelle emittiert wird, und beleuchtet die Probe 140 mit der spektral reflektierter Röntgenstrahlung. Der erste Kollimationsblock 114 und der zweite Kollimationsblock 115 sind mit einem Element ausgebildet, das die Röntgenstrahlung unterbrechen kann und bilden einen Schlitzabschnitt, der die spektral reflektierte Röntgenstrahlung verschmälert. Mit diesem Aufbau wird ein Winkel, in dem die Probe 140 mit der Röntgenstrahlung bestrahlt wird, bis auf einen Bereich von 0,1° oder mehr und 0,5° oder weniger verringert. Mit dem Paar von Kollimationsblöcken 114 und 115 ist es möglich, den Bereich der Röntgenstrahlung auf der Probenoberfläche auf 30 µm oder weniger zu begrenzen. Da es auf diese Weise möglich ist, die Ausdehnung des Bestrahlungsbereichs der Röntgenstrahlung auf die Probenoberfläche zu begrenzen und die Streuintensität der Röntgenstrahlung zu messen, welche eine Mikrostruktur in der Größenordnung von Nanometer, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, reflektiert bzw. widerspiegelt, ist eine genaue Messung der Mikrostruktur möglich. Es sollte bemerkt werden, dass der Aufbau, welcher den Bereich auf 20 µm oder weniger begrenzt, bevorzugter ist. Wie es oben beschrieben ist, ist es durch Verringerung des Bereichs bzw. Spots und des Einfallwinkels möglich, eine Mikrostruktur in der Größenordnung von Nanometern auf der Probenoberfläche zu messen. Im Besonderen ist es durch Anwenden der Kollimationsblöcke 114 und 115 möglich, die Röntgenstrahlung genau zu unterbrechen und die Genauigkeit der Kollimation zu erhöhen.The monochromator 113 spectrally reflects the X-ray emitted from an unillustrated X-ray source and illuminates the sample 140 with the spectrally reflected X-ray. The first collimation block 114 and the second collimation block 115 are formed with a member capable of interrupting the X-ray and form a slit portion that narrows the spectrally reflected X-ray. With this structure, an angle at which the sample 140 is irradiated with the X-ray is reduced to a range of 0.1° or more and 0.5° or less. With the pair of collimation blocks 114 and 115, it is possible to limit the range of X-rays on the sample surface to 30 µm or less. In this way, since it is possible to limit the extension of the irradiation range of X-rays to the sample surface and to measure the scattering intensity of X-rays reflecting a nanometer-order microstructure formed on the surface is a precise measurement of the microstructure possible. It should be noted that the structure which limits the range to 20 µm or less is more preferable. As described above, by reducing the spot and the incident angle, it is possible to measure a nanometer-order microstructure on the sample surface. In particular, by using the collimation blocks 114 and 115, it is possible to precisely interrupt the X-ray and increase the precision of the collimation.

Der Probenhalter 115 trägt die Probe 140 auf einer flachen Halterung. Der Probenhalter 115 kann sich drehen, um den Einfallswinkel der spektral reflektierten Röntgenstrahlung auf die Probenoberfläche zu ändern und kann sich in der Ebene der Probenoberfläche drehen. Wie es oben beschrieben ist, kann sich die Probe 140 drehen, und folglich ist es möglich, die Streuintensität durch die Probe 140 gemäß dem Beugungswinkel zu messen.The sample holder 115 supports the sample 140 on a flat mount. The sample holder 115 can rotate to change the angle of incidence of the spectrally reflected X-rays on the sample surface and can rotate in the plane of the sample surface. As described above, the sample 140 can rotate, and hence it is possible to measure the intensity of scattering by the sample 140 according to the diffraction angle.

Die Probe 140 ist ein Element, das eine Mikrostruktur auf der Oberfläche aufweist; beispielsweise ist die Probe 140 ein Substrat, das aus Silizium oder dergleichen ausgebildet ist und das eine Oberflächenmikrostruktur aufweist. Der zweidimensionale Detektor 116 misst auf der Detektionsoberfläche die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die auf der Probenoberfläche gestreut wird. Der Strahlstopper 117 empfängt die einfallende Röntgenstrahlung, die durch die Probe 140 getreten ist. Wie es oben beschrieben ist, weist die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 eine Struktur auf, welche für die Messung der Mikrostruktur der Probenoberfläche geeignet ist.The sample 140 is an element that has a microstructure on the surface; for example, the sample 140 is a substrate formed of silicon or the like and having a surface microstructure. On the detection surface, the two-dimensional detector 116 measures the scattered intensity of the X-ray radiation that is scattered on the sample surface. The beam stopper 117 receives the incident X-rays that have passed through the sample 140 . As described above, the X-ray diffraction measuring device 110 has a structure suitable for measuring the microstructure of the sample surface.

In dem Aufbau, der in 3 gezeigt ist, enthält die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 einen Schlitz 118 und eine scharfe Kante 119 anstelle des Paars von Kollimationsblöcken 114 und 115 in dem Aufbau, der in 2 gezeigt ist. Wie es oben beschrieben ist, ist es mit dem Sschlitz 118 und der scharfen Kante 119 möglich, die Spot-Größe der Röntgenstrahlung einfach einzustellen.In the structure that 3 1, the X-ray scattering measuring device 110 includes a slit 118 and a sharp edge 119 instead of the pair of collimating blocks 114 and 115 in the structure shown in FIG 2 is shown. As described above, with the slit 118 and the sharp edge 119, it is possible to easily adjust the X-ray spot size.

[Proben][Rehearse]

Die 4 und 5 sind perspektivische Ansichten, welche Beispiele der Probe 140 und einer Probe 145, welche eine Oberflächenmikrostruktur aufweisen, schematisch zeigen. Die Proben 140 und 145 weisen winzige periodische Struktureinheiten von einigen wenigen Nanometern bis einige hundert Nanometer auf deren Oberflächen auf. Diese Proben werden mit Röntgenstrahlung bestrahlt, wobei die gestreute Röntgenstrahlung gemessen und analysiert wird, und somit ist es möglich, Parameter, welche die periodisch vorgesehenen Einheitsstrukturen charakterisieren, zu messen.The 4 and 5 12 are perspective views schematically showing examples of the sample 140 and a sample 145 having a surface microstructure. Samples 140 and 145 have minute periodic structural units from a few nanometers to a few hundred nanometers on their surfaces. These samples are irradiated with X-rays, whereby the scattered X-rays are measured and analyzed, and thus it is possible to measure parameters characterizing the periodically provided unit structures.

Die Probe 140, die in 4 gezeigt ist, ist in der Form eines Substrats ausgebildet; es ist eine Mikrostruktur, in der, auf der Oberfläche 141, zylindrische Einheitsstrukturen periodisch in der x-Richtung und der y-Richtung der Figur angeordnet sind, ausgebildet. Gleichermaßen ist die Probe 145, die in 5 gezeigt ist, in der Form eines Substrats ausgebildet; auf der Oberfläche 146 sind Einheitsstrukturen, welche sich in der x-Richtung gleichförmig erstrecken und deren Querschnitt bezüglich einer y-z-Ebene rechteckförmig ist, sind in der y-Richtung periodisch angeordnet.The sample 140, which in 4 shown is in the form of a substrate; a microstructure in which, on the surface 141, cylindrical unit structures are periodically arranged in the x-direction and the y-direction of the figure is formed. Likewise, sample 145, found in 5 is shown formed in the form of a substrate; on the surface 146 are unit structures, which are in of the x-direction and whose cross section is rectangular with respect to a yz-plane are periodically arranged in the y-direction.

Für diese Proben 140 und 145 trifft die Röntgenstrahlung, deren Spot-Größe auf 50 µm oder weniger und vorzugsweise auf 30 µm oder weniger verschmälert ist, auf die Oberfläche 141 in einem Einfallswinkel α auf, wobei ein Fit bezüglich der Intensität der tatsächlich gemessenen gestreuten Röntgenstrahlung und der Intensität der unter Verwendung eines Probenmodells der gleichen Gestalt berechneten gestreuten Röntgenstrahlung ausgeführt wird, und somit ist es möglich, eine tatsächliche Probengröße zu erhalten. Wenn ein Experiment mit Röntgenstrahlung tatsächlich ausgeführt wird, sind die Proben 140 und 145 so angeordnet, dass die Richtung der periodischen Struktur mit der Richtung der einfallenden Röntgenstrahlung übereinstimmt. In den Figuren ist die x-Richtung eine Richtung, in der die Probenoberfläche, wenn die Probe angeordnet ist, und die Einfallsoberfläche der Röntgenstrahlung sich schneiden, wobei die z-Richtung eine Richtung ist, die senkrecht auf der Probenoberfläche steht und die y-Richtung eine Richtung ist, die sowohl auf der x-Richtung als auch auf der z-Richtung senkrecht steht.For these samples 140 and 145, the X-rays whose spot size is narrowed to 50 μm or less, and preferably 30 μm or less, impinge on the surface 141 at an angle of incidence α, being a fit with respect to the intensity of the actually measured scattered X-rays and the intensity of the scattered X-ray calculated using a sample model of the same shape, and thus it is possible to obtain an actual sample size. When an X-ray experiment is actually carried out, the samples 140 and 145 are arranged so that the direction of the periodic structure coincides with the direction of the incident X-ray. In the figures, the x-direction is a direction in which the sample surface when the sample is placed and the incident surface of the X-ray intersect, the z-direction being a direction perpendicular to the sample surface and the y-direction is a direction perpendicular to both the x-direction and the z-direction.

[Messverfahren][measurement method]

Das Verfahren zur Messung der Oberflächenmikrostruktur mit dem Oberflächenmikrostruktur-Messsystem 100, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird im Folgenden beschrieben. Die bestimmte Probe wird zunächst auf den Probenhalter gesetzt, um mit der Richtung der Mikrostruktur der Probe übereinzustimmen, wobei die Probenoberfläche mit Röntgenstrahlung in einem streifenden Einfallswinkel α bestrahlt wird, und somit wird die Röntgenstreuintensität gemessen. Die Röntgenstreuintensität wird gemäß einem Röntgenstrahlausgangswinkel β gemessen. Damit die Beugung der Röntgenstrahlung aufgrund der periodischen Struktur genutzt werden kann, wird die Probe gemessen, während die Probe um die z-Achse in der Ebene, sofern erforderlich, gedreht wird.The method of measuring the surface microstructure with the surface microstructure measuring system 100 constructed as described above will be described below. The designated sample is first set on the sample holder to coincide with the direction of the microstructure of the sample, the sample surface is irradiated with X-rays at a grazing incidence angle α, and thus the X-ray scattering intensity is measured. The X-ray scattering intensity is measured according to an X-ray exit angle β. In order to utilize the diffraction of X-rays due to the periodic structure, the sample is measured while rotating the sample about the z-axis in the plane, if necessary.

Anschließend wird das Probenmodell mittels Verwendung von Parametern ermittelt, welche die Gestalt der Einheitsstruktur spezifizieren, welche die periodische Struktur der bestimmten Probe aufweist, und die Röntgenstreuintensität wird mittels Simulation berechnet. Im Besonderen sind eine oder mehrere Schichten in der Richtung senkrecht zur Oberfläche in der Mikrostruktur auf der Oberfläche ausgebildet, wobei das Probenmodell, in dem die Einheitsstruktur in der Richtung parallel zur Oberfläche in den Schichten periodisch angeordnet ist, ermittelt bzw. angenommen bzw. ausgewählt wird, wobei die Streuung der Röntgenstrahlung, die von deren Grenzflächen gebeugt und reflektiert wird, bewirkt von den Strukturen, berechnet wird, und basierend darauf ein Fit bezüglich der Röntgenstreuintensität, die aus dem Probenmodell berechnet wurde, und der gemessenen Streuintensität durchgeführt wird. Als Resultat des Fits werden die optimalen Werte der Parameter, welche die Form der Einheitsstruktur spezifizieren, bestimmt. Eine detaillierte Beschreibung wird unten gegeben.Then, the sample model is determined using parameters specifying the shape of the unit structure having the periodic structure of the specific sample, and the X-ray scattering intensity is calculated by simulation. Specifically, one or more layers are formed in the direction perpendicular to the surface in the microstructure on the surface, and the sample model in which the unit structure is periodically arranged in the direction parallel to the surface in the layers is determined , wherein the scattering of the X-rays, which is diffracted and reflected by their interfaces, caused by the structures, is calculated and based on this a fit is performed between the X-ray scattering intensity calculated from the sample model and the measured scattering intensity. As a result of the fitting, the optimal values of the parameters specifying the shape of the unit structure are determined. A detailed description is given below.

[Formeln für die Simulation][Formulas for the simulation]

Es werden die Gleichungen für die Simulation für jedes Probenmodell beschrieben. Für das Probenmodell, das eine Schichtstruktur auf der Oberfläche aufweist und das eine Mikrostruktur aufweist, bei der die Einheitsstrukturen in den Schichten periodisch angeordnet sind, kann die Röntgenstreuintensität mittels Gleichung (1) unten berechnet werden. Hier werden die 4 und 5 als zusätzliche Diagramme zur Unterstützung des Verständnisses der untenstehenden Gleichungen herangezogen.
[Formel 1] I ( α , β , Q / / ) = ( r c P ) 2 N { | F D W B A | 2 + | F D W B A | 2 | k | 1 e i Q / / ( u ( X j ) u ( X k ) ) j e i Q l ( X ¯ j X ¯ j + k ) }

Figure DE112010001894B4_0001

〈FDWSA〉 :
Mittelwert von FDWBA bezüglich Schwankungen bzw. Abweichungen zwischen den Struktureinheiten j
〈|FDWBA|2〉 :
Mittelwert von |FDWBA|2 bezüglich Schwankungen bzw. Abweichungen zwischen den Struktureinheiten j
F m j ( Q z a , Q / / ) s e i Q z a Z m j ( x j , y j ) 1 i Q z a   e i ( Q x x j + Q y y j ) d x j   d y j
Figure DE112010001894B4_0002
Q / / = ( Q x ,   Q y )
Figure DE112010001894B4_0003
Q z m a = { Q z m T T ˜ ,   Q z m R T ˜ ,   Q z m T R ˜ ,   Q z m R R ˜ }
Figure DE112010001894B4_0004
Q z m T T ˜ = k 0 ( η m + ζ m )
Figure DE112010001894B4_0005
Q z m R T ˜ = k 0 ( η m + ζ m )
Figure DE112010001894B4_0006
Q z m T R ˜ = k 0 ( η m ζ m )
Figure DE112010001894B4_0007
Q z m R R ˜ = k 0 ( η m ζ m )
Figure DE112010001894B4_0008
η m = n m cos 2   α
Figure DE112010001894B4_0009
ζ m = n m cos 2   β
Figure DE112010001894B4_0010
α
Einfallswinkel
β
Ausgangswinkel
nm
Brechungsindex der m-ten Schicht
Q//
Komponentenvektor parallel zur Oberfläche des Streuvektors
rc
klassischer Elektronenradius
P
Polarisationsfaktor
N
Gesamtzahl der Einheitsstrukturen
Fj
Formfaktor der Einheitsstruktur
X̅j
ideale periodische Position der Einheitsstrukturen
u(Xj)
Versetzung der Position der Einheitsstruktur j aufgrund von lokaler Störung
x
Richtung, in der die Einfallsebene und die Probenoberfläche einander schneiden
y
Richtung senkrecht auf der x-Richtung und der z-Richtung
z
Richtung senkrecht auf der Probenoberfläche
FDWBA
basiert auf der Gleichung (37), die später beschrieben wird.
The equations for the simulation for each sample model are described. For the sample model that has a layered structure on the surface and that has a microstructure in which the unit structures in the layers are arranged periodically, the X-ray scattering intensity can be calculated using Equation (1) below. Here they will 4 and 5 used as additional diagrams to aid in understanding the equations below.
[Formula 1] I ( a , β , Q / / ) = ( right c P ) 2 N { | f D W B A | 2 + | f D W B A | 2 | k | 1 e i Q / / ( and ( X j ) and ( X k ) ) j e i Q l ( X ¯ j X ¯ j + k ) }
Figure DE112010001894B4_0001
〈FDWSA〉 :
Mean value of F DWBA with regard to fluctuations or deviations between the structural units j
〈|FDWBA|2〉 :
Mean of |F DWBA | 2 with regard to fluctuations or deviations between the structural units j
f m j ( Q e.g a , Q / / ) s e i Q e.g a Z m j ( x j , y j ) 1 i Q e.g a e i ( Q x x j + Q y y j ) i.e x j i.e y j
Figure DE112010001894B4_0002
Q / / = ( Q x , Q y )
Figure DE112010001894B4_0003
Q e.g m a = { Q e.g m T T ˜ , Q e.g m R T ˜ , Q e.g m T R ˜ , Q e.g m R R ˜ }
Figure DE112010001894B4_0004
Q e.g m T T ˜ = k 0 ( n m + ζ m )
Figure DE112010001894B4_0005
Q e.g m R T ˜ = k 0 ( n m + ζ m )
Figure DE112010001894B4_0006
Q e.g m T R ˜ = k 0 ( n m ζ m )
Figure DE112010001894B4_0007
Q e.g m R R ˜ = k 0 ( n m ζ m )
Figure DE112010001894B4_0008
n m = n m cos 2 a
Figure DE112010001894B4_0009
ζ m = n m cos 2 β
Figure DE112010001894B4_0010
a
angle of incidence
β
exit angle
nm
Refractive index of the mth layer
Q//
Component vector parallel to the surface of the scattering vector
RC
classical electron radius
P
polarization factor
N
Total number of unit structures
fj
Unit structure form factor
X̅j
ideal periodic position of the unit structures
u(Xj)
Shift in position of unit structure j due to local disturbance
x
Direction in which the plane of incidence and the sample surface intersect
y
Direction perpendicular to the x-direction and the z-direction
e.g
Direction perpendicular to the sample surface
FDWBA
is based on equation (37) which will be described later.

In der Gleichung (1) wird angenommen, dass die Einheitsstruktur durch einen substantiellen Bereich und einen in den Schichten gleichförmigen Leerbereich ausgebildet wird und dass der substantielle Bereich die Streuung bewirkt, und Zmj (xj, yj) bezeichnet die Grenze zwischen dem substantiellen Bereich und dem Leerbereich. Wie es oben beschrieben ist, ist es unter Verwendung der Gleichung zur Streuintensität, die dem Probenmodell, in dem die Schichtstruktur ausgebildet ist, und der Gestalt des substantiellen Bereichs auf der Oberfläche entspricht, möglich, ein dreidimensionale Strukturmerkmal der Probe zu ermitteln und die Oberflächenstruktur und dergleichen von verschiedenen Einrichtungen, die durch Linien und Räume und Punkte ausgebildet ist, zu ermitteln.In the equation (1), it is assumed that the unit structure is formed by a substantial area and a void area uniform in the layers and that the substantial area causes the scattering, and Zmj (xj, yj) denotes the boundary between the substantial area and the blank space. As described above, using the scattering intensity equation that corresponds to the sample model in which the layered structure is formed and the shape of the substantial area on the surface, it is possible to determine a three-dimensional structural feature of the sample and the surface structure and to determine the like of various entities formed by lines and spaces and points.

Obwohl in der Gleichung (1) die Fluktuationen der Position u(Xj)der Einheitsstruktur von der exakten periodischen Position berücksichtigt wird, ist es in der Form unmöglich, eine spezifische Berechnung bezüglich u(Xj)auszuführen. Wenn angenommen werden kann, dass die Fluktuationen der Position der Einheitsstruktur nicht von Xj abhängen und zufällig sind, kann die Gleichung (2) unten verwendet werden.
[Formel 2] I ( α , β , Q / / ) = ( r c P ) 2 N { | F D W B A | 2 + | F D W B A | 2 e Q u 2 Δ u ¯ 2 2 | k | 1 e i Q / / ( X ¯ j X ¯ j + k ) }

Figure DE112010001894B4_0011

Qu
Projektion des Streuvektors in der u-Richtung
Δu̅
Mittelwert der Fluktuationen der Positionen
In the equation (1), although the fluctuations of the position u(X j ) of the unit structure from the exact periodic position are taken into account, in the form it is impossible to perform a specific calculation on u(X j ). If it can be assumed that the fluctuations in the position of the unit structure do not depend on Xj and are random, Equation (2) below can be used.
[Formula 2] I ( a , β , Q / / ) = ( right c P ) 2 N { | f D W B A | 2 + | f D W B A | 2 e Q and 2 Δ and ¯ 2 2 | k | 1 e i Q / / ( X ¯ j X ¯ j + k ) }
Figure DE112010001894B4_0011
Qu
Projection of the scattering vector in the u-direction
Δu̅
Average of the fluctuations of the positions

In der Gleichung (2) wird angenommen, dass die Wirkungen der Fluktuationen der Positionen bezüglich der Streuung nicht von der relativen Positionsbeziehung zwischen den Einheitsstrukturen abhängen. Folglich ist es möglich, die Oberflächenmikrostruktur der Probe, in der die Einheitsstrukturen zufällige Fluktuationen der Positionen haben, zu ermitteln.In the equation (2), it is assumed that the effects of the fluctuations in the positions on the scattering do not depend on the relative positional relationship between the unit structures. Consequently, it is possible to detect the surface microstructure of the sample in which the unit structures have random fluctuations in positions.

Demgegenüber, wenn das Probenmodell, das eine Periodizität der Fluktuationen der Positionen der Einheitsstruktur aufweist, angenommen werden kann, kann die Gleichung (3) unten verwendet werden.
[Formel 3] I ( α , β , Q / / ) = ( r c P ) 2 N { | F D W B A | 2 + | F D W B A | 2 | k | 1 e i Q / / ( X ¯ j X ¯ j + k ) e Q u 2 2 a 2 ( 1 cos ( 2 π | Δ X k | P ) ) 2 }

Figure DE112010001894B4_0012

Qu
Projektion des Streuvektors in der u-Richtung
b
Amplitude der Fluktuationen der Positionen
p
Periode der Fluktuationen der Positionen
ΔXk
Abstand zwischen den Einheitsstrukturen
On the other hand, if the sample model having a periodicity of the fluctuations of the positions of the unit structure can be assumed, Equation (3) below can be used.
[Formula 3] I ( a , β , Q / / ) = ( right c P ) 2 N { | f D W B A | 2 + | f D W B A | 2 | k | 1 e i Q / / ( X ¯ j X ¯ j + k ) e Q and 2 2 a 2 ( 1 cos ( 2 π | Δ X k | P ) ) 2 }
Figure DE112010001894B4_0012
Qu
Projection of the scattering vector in the u-direction
b
Amplitude of position fluctuations
p
Period of fluctuations in positions
ΔXk
Distance between the unit structures

Wie es beschrieben ist, wenn die Fluktuationen der Positionen der Einheitsstruktur eine Periodizität aufweisen, ist es möglich, die Röntgenstreuintensität mittels Verwendung der Amplitude und der Periode der Fluktuationen der Positionen zu berechnen und die Oberflächenmikrostruktur der Probe zu ermitteln.As described, when the fluctuations in the positions of the unit structure have a periodicity, it is possible to calculate the X-ray scattering intensity by using the amplitude and the period of the fluctuations in the positions and to obtain the surface microstructure of the sample.

Obwohl es zum Integrieren des Formfaktors Fj der Einheitsstruktur notwendig ist, ein Integral durch Einführen eines Parameters gemäß der Gestalt der Einheitsstruktur des Probenmodells in einem spezifischen Fall zu bestimmen, ist es möglich, ein Integral mittels einer einfachen Gleichung zu bestimmen. Der Formfaktor, der mit der Gestalt der Einheitsstruktur verwendet wird, wird unten beschrieben.Although in order to integrate the form factor F j of the unit structure, it is necessary to determine an integral by introducing a parameter according to the shape of the unit structure of the sample model in a specific case, it is possible to determine an integral using a simple equation. The form factor used with the shape of the unit structure is described below.

(Zylindrische Gestalt)(cylindrical shape)

Wenn ein Probenmodell, in dem die Einheitsstruktur eine zylindrische Gestalt bzw. Form aufweist, angenommen wird, kann der Formfaktor Fj der Einheitsstruktur, der unten in der Gleichung (4) dargestellt ist, verwendet werden. In der Gleichung (4) wird ein Probenmodell, in dem die Einheitsstruktur einen zylindrischen substantiellen Bereich aufweist, angenommen.
[Formel 4] F j ( Q z a ,  Q / / ) = 2 π A e i Q z a H 1 i Q z a J 1 ( A | Q / / | ) | Q / / |

Figure DE112010001894B4_0013

A
Radius der zylindrischen Form der Einheitsstruktur
H
Höhe der zylindrischen Form der Einheitsstruktur
J1
Vesselfunktion
If a sample model in which the unit structure has a cylindrical shape is assumed, the form factor F j of the unit structure shown in Equation (4) below can be used. In the equation (4), a sample model in which the unit structure has a cylindrical substantial portion is assumed.
[Formula 4] f j ( Q e.g a , Q / / ) = 2 π A e i Q e.g a H 1 i Q e.g a J 1 ( A | Q / / | ) | Q / / |
Figure DE112010001894B4_0013
A
Radius of the cylindrical shape of the unit structure
H
Height of the cylindrical shape of the unit structure
J1
vessel function

(Gestalt mit trapezförmigen Querschnitt)(shape with trapezoidal cross section)

Wenn ein Probenmodell, in dem die Einheitsstruktur eine Gestalt aufweist, deren Querschnitt in der x-Richtung gleichförmig trapezförmig ist, angenommen werden kann, kann der Formfaktor Fj der Einheitsstruktur, der durch die Gleichung (5) unten dargestellt ist, verwendet werden. In der Gleichung (5) wird ein Probenmodell angenommen, in dem die Einheitsstruktur einen trapezoidförmigen substantiellen Bereich hat, der in der x-Richtung parallel zur Probenoberfläche gleichförmig ist.
[Formel 5] F j ( Q z a , Q / / ) = 2 π δ ( Q x ) 1 i Q y [ e i W b 2 Q y e i ( Q z a W b W t 2 H Q y ) H 1 i ( Q z a W b W t 2 H Q y ) e i W b 2 Q y e i ( Q z a + W b W t 2 H Q y ) H 1 i ( Q z a + W b W t 2 H Q y ) ]

Figure DE112010001894B4_0014

d(x)
d-Funktion
Qx
x-Richtungskomponente eines Streuvektors
Qy
y-Richtungskomponente des Streuvektors
Wt
Länge einer oberen Seite eines Trapezoidquerschnitts der Einheitsstruktur
Wb
Länge einer unteren Seite des trapezoidförmigen Querschnitts der Einheitsstruktur
H
Länge des trapezoidförmigen Querschnitts der Einheitsstruktur
If a sample model in which the unit structure has a shape whose cross section in the x-direction is uniformly trapezoidal can be assumed, the shape factor F j of the unit structure represented by Equation (5) below can be used. In Equation (5), a sample model is assumed in which the unit structure has a trapezoidal substantial area uniform in the x-direction parallel to the sample surface.
[Formula 5] f j ( Q e.g a , Q / / ) = 2 π δ ( Q x ) 1 i Q y [ e i W b 2 Q y e i ( Q e.g a W b W t 2 H Q y ) H 1 i ( Q e.g a W b W t 2 H Q y ) e i W b 2 Q y e i ( Q e.g a + W b W t 2 H Q y ) H 1 i ( Q e.g a + W b W t 2 H Q y ) ]
Figure DE112010001894B4_0014
d(x)
d function
Qx
x-direction component of a scattering vector
qy
y-direction component of the scattering vector
Wt
Length of an upper side of a trapezoidal cross section of the unit structure
wb
Length of a lower side of the trapezoidal cross section of the unit structure
H
Length of the trapezoidal cross-section of the unit structure

(Andere komplizierte Gestalten)(Other Complicated Shapes)

Wenn in einem Fall, in dem eine Gestalt, die in der x-Richtung gleichförmig ist, als Ziel verwendet wird, das oben beschriebene Probenmodell der einfachen Gestalt verwendet wird, ist es möglich, Fj mathematisch zu bestimmen. In a case where a shape uniform in the x-direction is used as a target, if the simple shape sample model described above is used, it is possible to mathematically determine F j .

Allerdings, wenn ein Probenmodell einer komplizierten Gestalt angenommen werden muss, wie beispielsweise, wenn bei einer Gestalt, deren Querschnitt trapezoidförmig ist, der Krümmungsradius eines Endabschnitts berücksichtigt werden muss, wird ein Probenmodell, bei dem die Einheitsstruktur eine gleichförmige Gestalt in der x-Richtung aufweist und eine Unterteilung der Elemente in der y-Richtung ausgeführt wird, angenommen, und es ist somit möglich, einen Fit mittels Verwendung des Formfaktors Fj der Einheitsstruktur, welcher von der Gleichung (6) unten dargestellt wird, auszuführen. Mit einer solchen Gleichung ist es möglich, Parameter, wie beispielsweise die Höhe eines trapezoidförmigen Querschnitts, einer oberen Seite, einer unteren Seite, den Krümmungsradius beider Enden der oberen Seite und den Krümmungsradius des Basisabschnitts beider Enden der unteren Seite zu erhalten. Wie es oben beschrieben ist, bezieht sich die Gleichung (6) auf ein Probenmodell, in dem die Einheitsstruktur einen gleichförmigen substantiellen Bereich in der x-Richtung parallel zur Probenoberfläche aufweist und bei der die Unterteilung der Elemente in der y-Richtung parallel zur Probenoberfläche und senkrecht auf der x-Richtung ausgeführt ist. Die Summe der Elemente wird verwendet, um das Integral zu approximieren.
[Formel 6] F j ( Q z a , Q x , Q y ) = 2 π δ ( Q x ) Δ y s = n 1 2 s = n 1 2 e i Q z a Z ( Δ y s ) 1 i Q z a e 2 π i J t s n

Figure DE112010001894B4_0015
Δ y = L n
Figure DE112010001894B4_0016
Δ Q y = 2 π L
Figure DE112010001894B4_0017

d(x)
d-Funktion
Qx
x-Richtungskomponente eines Streuvektors
Qy
y-Richtungskomponente des Streuvektors
L
Länge der Einheitsstruktur in der y-Richtung
n
Anzahl der unterteilten Elemente der Einheitsstruktur in der Y-Richtung
h
Streuordnung, wenn L ein Oberflächenraum ist
However, when a sample model of a complicated shape has to be adopted, such as when the radius of curvature of an end portion has to be taken into account in a shape whose cross section is trapezoidal, a sample model in which the unit structure has a uniform shape in the x-direction and a division of the elements in the y-direction is performed, and it is thus possible to perform a fit using the form factor F j of the unit structure represented by equation (6) below. With such an equation, it is possible to obtain parameters such as the height of a trapezoidal cross section, an upper side, a lower side, the radius of curvature of both ends of the upper side, and the radius of curvature of the base portion of both ends of the lower side. As described above, Equation (6) relates to a sample model in which the unit structure has a uniform substantial area in the x-direction parallel to the sample surface and in which the subdivision of the elements in the y-direction parallel to the sample surface and is made perpendicular to the x-direction. The sum of the elements is used to approximate the integral.
[Formula 6] f j ( Q e.g a , Q x , Q y ) = 2 π δ ( Q x ) Δ y s = n 1 2 s = n 1 2 e i Q e.g a Z ( Δ y s ) 1 i Q e.g a e 2 π i J t s n
Figure DE112010001894B4_0015
Δ y = L n
Figure DE112010001894B4_0016
Δ Q y = 2 π L
Figure DE112010001894B4_0017
d(x)
d function
Qx
x-direction component of a scattering vector
qy
y-direction component of the scattering vector
L
Length of the unit structure in the y-direction
n
Number of divided elements of the unit structure in the Y-direction
H
Scattering order when L is a surface space

In der Gleichung (6) können bezüglich des y-z-Querschnitts der Einheitsstruktur die Höhe, die Länge einer oberen Seite, die Länge einer unteren Seite, der Krümmungsradius eines konvexen Endabschnitts beider Enden der oberen Seite und der Krümmungsradius des konkaven Basisabschnitts beider Enden der unteren Seite als Parameter verwendet werden, welche die Einheitsstruktur kennzeichnen. Wie es oben beschrieben ist, ist es mit der Gleichung (6) möglich, selbst detaillierte Merkmale zu ermitteln.In the equation (6), with respect to the yz cross section of the unit structure, the height, the length of an upper side, the length of a lower side, the radius of curvature of a convex end portion of both ends of the upper side and the radius of curvature of the concave base portion of both ends of the lower side can be used as parameters identifying the unit structure. As described above, with Equation (6), it is possible to determine even detailed features.

[Berechnungsverfahren (Simulation und Fit)][Calculation method (simulation and fit)]

Als nächstes werden die Simulation und der Fit beschrieben, als Verfahren zum Bestimmen der Röntgenstreuintensität mittels Verwendung von Parametern, welche die in den Probenschichten ausgebildeten Einheitsstrukturen spezifizieren, die eine periodische Struktur aufweisen. 6 ist ein Flussdiagramm, das den Simulations- und Fitablauf in der Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 zeigt. Es ist eingestellt, dass eine im Voraus und tatsächlich gemessene Röntgenstreuintensität automatisch von der Röntgenstreuungs-Einrichtung 110 übertragen wird und in der Oberflächemikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 gespeichert wird.Next, the simulation and the fitting will be described as methods for determining the X-ray scattering intensity by using parameters specifying the unit structures formed in the sample layers having a periodic structure. 6 FIG. 12 is a flowchart showing the flow of simulation and fitting in the surface microstructure analyzer 120. FIG. An X-ray scattering intensity measured in advance and actually measured is set to be automatically transmitted from the X-ray scattering device 110 and stored in the surface microstructure analyzer 120 .

Es wird zunächst gemäß der tatsächlich gemessenen Probe ein Probenmodell angenommen bzw. ausgewählt, und eine Gleichung, welche dem Probenmodell, das eine periodische Struktur auf der Oberfläche aufweist, entspricht, wird aus den Gleichungen (1) bis (3) und (4) bis (6) ausgewählt. Die Bedingungen werden so wie bei der tatsächlichen Messung festgelegt, und eine Gleichung eines ungefähren Probenmodells wird ausgewählt. Die Oberflächemikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 empfängt bei Auswahl einer Gleichung von dem Benutzer eine Eingabe (Schritt S1). Für die Streuintensität, welche von der ausgewählten Gleichung geliefert wird, ist ein Formfaktor Fj ein wichtiges Element.First, a sample model is adopted according to the sample actually measured, and an equation corresponding to the sample model having a periodic structure on the surface is calculated from equations (1) to (3) and (4) to (6) selected. The conditions are set as in the actual measurement, and an equation of an approximate sample model is selected. The surface microstructure analyzer 120 receives an input upon selection of an equation from the user (step S1). For the scattering intensity provided by the chosen equation, a shape factor F j is an important element.

Die Röntgenstrahlung, welche in die Probe eindringt und sich durch eine Mehrzahl von Schichten fortpflanzt, wird gebeugt und reflektiert, nicht nur von der Probenoberfläche, sondern auch von den Grenzflächen zwischen den Schichten (inklusive der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Film). Mit größerer Anzahl von Schichten erhöht sich deren Einfluss. Folglich ist es mit Verwendung einer Gleichung, in der die Beugung und die Reflexion an der Grenzfläche berücksichtigt wird, möglich, die Genauigkeit der Analyse bezüglich der Probe, welche eine komplizierte Oberflächenstruktur aufweist, zu verbessern.The X-rays entering the sample and propagating through a plurality of layers are diffracted and reflected not only by the sample surface but also by the interfaces between the layers (including the interface between the substrate and the film). With a larger number of layers, their influence increases. Consequently, using an equation in which the diffraction and the reflection at the interface are taken into account, it is possible to improve the accuracy of the analysis on the sample having a complicated surface structure.

Als nächstes werden Werte, welche zum Berechnen unter Verwendung der Gleichung notwendig sind, durch Eingabe von dem Benutzer und durch automatische Übertragung durch die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 empfangen (Schritt S2). Als initialer Fitparameter sind beispielsweise Werte des Durchmessers eines kreisförmigen Zylinders, der Höhe H, der oberen Seite eines Trapezoids Wt, der Länge der unteren Seite Wb, der Höhe H, des Krümmungsradius eines konvexen Endabschnitts der oberen Seite Rt und des Krümmungsradius eines konkaven Abschnitts des Basisabschnitts vorgesehen. Ferner wird die Gesamtintensität durch die Gesamtanzahl von Strukturen N bestimmt. Wie es später beschrieben wird, ist es durch Optimieren der Werte der einzelnen Parameter [a, H und NJ oder [Wt, Wb, H, Rt, Rb und NJ möglich, eine Streuintensität zu berechnen, welche mit der tatsächlich gemessenen Streuintensität übereinstimmt.Next, values necessary for calculation using the equation are received by input from the user and automatically transmitted by the X-ray diffraction meter 110 (step S2). As an initial fitting parameter, for example, values of the diameter of a circular cylinder, the height H, the top side of a trapezoid Wt, the length of the bottom side Wb, the height H, the radius of curvature of a convex end portion of the top side Rt, and the radius of curvature of a concave portion of the Base section provided. Furthermore, the total intensity is determined by the total number of structures N. As will be described later, by optimizing the values of each parameter [a, H, and NJ or [Wt, Wb, H, Rt, Rb, and NJ, it is possible to calculate a scattering intensity that agrees with the actually measured scattering intensity.

Anschließend wird durch Verwendung der Gleichung, wie es oben beschrieben ist, und der empfangenen Werte die Streuintensität berechnet (Schritt S3). Die Gleichung wird mittels Verwendung der obigen Parameter berechnet, und somit wird die Streuintensität bezüglich Qy und Qz auf der Detektionsoberfläche ermittelt.Subsequently, by using the equation as described above and the received values, the scattering intensity is calculated (step S3). The equation is calculated using the above parameters and thus the scattering intensity with respect to Qy and Qz on the detection surface is found.

Anschließend wird der Fit an der berechneten Röntgenstreuintensität und der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität ausgeführt (Schritt S4). Jede der Röntgenstreuintensitäten wird als Kurve auf der Detektionsoberfläche dargestellt. Bei diesem Fit wird die Übereinstimmung (oder ein Unterschied zwischen beiden Kurven) der Kurve, welche von dem Experiment herrührt, mit der berechneten Kurve geprüft. Beispielsweise wird die Differenz W zwischen beiden Kurven durch die folgende Gleichung erhalten.
[Formel 7] W 2 = i ( log I i ( e x p ) log I i ( c a l ) ) 2

Figure DE112010001894B4_0018

Ii(exp)
Röntgenstreuintensität, welche an einem i-ten Messpunkt tatsächlich gemessen wurde
Ii(cal)
Röntgenstreuintensität, welche an dem i-ten Messpunkt berechnet wurde
Subsequently, the fit is performed on the calculated X-ray scattering intensity and the actually measured X-ray scattering intensity (step S4). Each of the X-ray scattering intensities is displayed as a curve on the detection surface. With this fit, the agreement (or a difference between both curves) of the curve that comes from the experiment is checked with the calculated curve. For example, the difference W between both curves is obtained by the following equation.
[Formula 7] W 2 = i ( log I i ( e x p ) log I i ( c a l ) ) 2
Figure DE112010001894B4_0018
Ii(exp)
X-ray scattering intensity that was actually measured at an i-th measuring point
Ii(cal)
X-ray scattering intensity calculated at the i-th measurement point

Anschließend, wenn die Differenz W in einen bestimmten Bereich fällt, wird bestimmt, dass beide Kurven miteinander übereinstimmen, wohingegen, wenn dies nicht der Fall ist, bestimmt wird, dass beide Kurven nicht miteinander übereinstimmen (Schritt S5).Subsequently, if the difference W falls within a certain range, it is determined that both curves agree with each other, whereas if not, it is determined that both curves do not agree with each other (step S5).

Wenn bestimmt wird, dass die beiden Kurven nicht übereinstimmen, werden die Fitparameter, welche die Gestalt bzw. Form der Einheitsstrukturen bestimmen, geändert (Schritt S6), wobei die Röntgenstreuintensität abermals berechnet wird und eine Entscheidung, ob oder ob nicht eine Übereinstimmung mit der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität vorliegt, ausgeführt wird. Dieser Prozess wird wiederholt, während die Werte der Fitparameter eingestellt und geändert werden, bis beide Kurven miteinander übereinstimmen.If it is determined that the two curves do not match, the fitting parameters that determine the shape of the unit structures are changed (step S6), the X-ray scattering intensity is calculated again and a decision as to whether or not a match with the actual measured X-ray scattering intensity is carried out. This process is repeated while adjusting and changing the values of the fit parameters until both curves match each other.

Wenn die berechnete Röntgenstreuintensität mit der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität übereinstimmt, sind die ausgewählten Werte der Fitparameter Werte, welche die Form der Einheitsstruktur kennzeichnen, welche die Oberflächemikrostruktur der Probe bildet. Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 gibt die Resultate der erhaltenen Fitparameter aus (Schritt S7) und schließt den Prozess ab. Bei diesem Fit ist es beispielsweise unter Verwendung eines nicht linearen Verfahrens des kleinsten Quadrats möglich, den optimalen Wert von jedem Fitparameter effektiv zu bestimmen. Obwohl in dem obigen Beispiel des Fittens der optimale Wert berechnet wird, während der Wert des Fitparameters eingestellt wird, kann irgendein Fitverfahren verwendet werden, und das Fitverfahren ist nicht im Besonderen begrenzt.When the calculated X-ray scattering intensity agrees with the actually measured X-ray scattering intensity, the selected values of the fit parameters are values that characterize the shape of the unit structure constituting the surface microstructure of the sample. The surface microstructure analyzer 120 outputs the results of the fitting parameters obtained (step S7) and completes the process. With this fit, for example, using a non-linear least squares method, it is possible to effectively determine the optimal value of each fit parameter. Although in the above example of fitting, the optimal value is calculated while adjusting the value of the fitting parameter, any fitting method can be used, and the fitting method is not particularly limited.

Die Berechnung und der Fit der Röntgenstreuintensität in der oben beschriebenen Ausführungsform kann mittels der Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 mittels Verwendung von Software durchgeführt werden, welche von einem Computer gespeichert und ausgeführt werden kann. Die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass Daten zwischen der Röntgenstreuungs-Messeinrichtung 110 und der Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung 120 entweder bidirektional oder unidirektional ausgetauscht werden können. The calculation and fitting of the X-ray scattering intensity in the embodiment described above can be performed by the surface microstructure analyzer 120 using software which can be stored and executed by a computer. The surface microstructure analysis device 120 is preferably designed such that data can be exchanged between the X-ray scattering measurement device 110 and the surface microstructure analysis device 120 either bidirectionally or unidirectionally.

Vorzugsweise wird bei der Auswahl der optimalen Werte der Parameter durch den Simulationsabschnitt 123, damit die Übereinstimmung der berechneten Röntgenstreuintensität mit der tatsächlich gemessenen Röntgenstreuintensität verbessert wird (beispielsweise um nahe an einen bestimmten Wert herangebracht zu werden), die Analyse vollständig automatisch durch automatische Auswahl mittels Anwenden eines Verfahrens des geringsten Quadrats ausgeführt. Die Parameter können frei und automatisch eingegeben werden. In jedem Schritt kann die Berechnung kontinuierlich und automatisch ausgeführt werden, oder kann durch den Benutzer mittels Verwendung eines Computers ausgeführt werden.Preferably, when selecting the optimal values of the parameters by the simulation section 123 in order to improve the correspondence of the calculated X-ray scattering intensity with the actually measured X-ray scattering intensity (e.g. to be brought close to a certain value), the analysis is fully automatic by automatic selection by means of Apply a least squares method. The parameters can be entered freely and automatically. In each step, the calculation can be performed continuously and automatically, or can be performed by the user using a computer.

[Prinzip und Ableitung von Gleichungen][Principle and derivation of equations]

(Röntgenstrahlbeugung einer Struktur mit periodischer Anordnung)(X-ray diffraction of a periodic array structure)

Es wird die Ableitung von Gleichungen, die in der oben beschriebenen Simulation verwendet werden, beschrieben. Wenn zunächst die Röntgenstreuung/-beugung von der Anhäufung der Einheitsstruktur berücksichtigt wird, ist die Basisgleichung für die Streuung wie folgt.
[Formel 8] I ( Q ) = | r c P μ f μ ( Q ) e i Q X μ | 2 = ( r c P ) 2 μ . ν f μ ( Q ) f ν * ( Q ) e i Q ( X μ X ν )

Figure DE112010001894B4_0019

Streufaktor eines µ-Atoms
Position des µ-Atoms
Q
Streuvektor
P
Polarisationsfaktor
rc
klassischer Elektronenradius (= 2,818 × 10-15 m)
The derivation of equations used in the simulation described above is described. First, when the X-ray scattering/diffraction from the aggregation of the unit structure is considered, the basic equation for the scattering is as follows.
[Formula 8] I ( Q ) = | right c P µ f µ ( Q ) e i Q X µ | 2 = ( right c P ) 2 µ . v f µ ( Q ) f v * ( Q ) e i Q ( X µ X v )
Figure DE112010001894B4_0019
Scattering factor of a µ-atom
Position of the µ atom
Q
scatter vector
P
polarization factor
RC
classical electron radius (= 2.818 × 10 -15 m)

In dem Fall eines kleinen Streuwinkels kann, selbst wenn angenommen wird, dass die Atome, welche die Einheitsstruktur bilden, nicht diskret vorhanden sind, sondern kontinuierlich vorhanden sind, eine ausgezeichnete Approximation erhalten werden. Folglich wird eine interne Koordinate ru eingeführt, und die Atomposition ändert sich zu Xµ → Xj + ru. Hier ist Xj eine Positionskoordinate, welche typischerweise von der Einheitsstruktur j ist. Auf diese Weise kann die Gleichung (7) wie folgt umgeschrieben werden.
[Formel 9] I ( Q ) = | r c P j e i Q X j v ρ j ( r j ) e i Q r j d v j | 2 = | r c P j F j ( Q ) e i Q X j | 2 = ( r c P ) 2 j , k F j ( Q ) F k * ( Q ) e i Q ( X j X k )

Figure DE112010001894B4_0020
In the case of a small scattering angle, even if it is assumed that the atoms constituting the unit structure do not exist discretely but exist continuously, an excellent approximation can be obtained. Consequently, an internal coordinate r u is introduced and the atomic position changes to X µ → X j + r u . Here X j is a position coordinate, which is typically of unit structure j. In this way, equation (7) can be rewritten as follows.
[Formula 9] I ( Q ) = | right c P j e i Q X j v ρ j ( right j ) e i Q right j i.e v j | 2 = | right c P j f j ( Q ) e i Q X j | 2 = ( right c P ) 2 j , k f j ( Q ) f k * ( Q ) e i Q ( X j X k )
Figure DE112010001894B4_0020

Hier wird durch Annahme, dass die Atome in der Einheitsstruktur kontinuierlich verteilt sind, der Formfaktor als folgendes Integral ausgedrückt.
[Formel 10] F j ( Q ) v ρ j ( r j ) e i Q r j d v j

Figure DE112010001894B4_0021
Here, by assuming that the atoms are continuously distributed in the unit structure, the form factor is expressed as the following integral.
[Formula 10] f j ( Q ) v ρ j ( right j ) e i Q right j i.e v j
Figure DE112010001894B4_0021

Anschließend, wenn angenommen wird, dass die Atome in der Einheitsstruktur gleichförmig verteilt sind, kann die Gleichung (9) weiter als folgende Gleichung vereinfacht werden.
[Formel 11] F j ( Q ) = v e i Q r j d v j

Figure DE112010001894B4_0022
Then, assuming that the atoms are uniformly distributed in the unit structure, Equation (9) can be further simplified as the following equation.
[Formula 11] f j ( Q ) = v e i Q right j i.e v j
Figure DE112010001894B4_0022

Da, wie es oben beschrieben ist, die Funktion, welche die Form der Einheitsstruktur kennzeichnet, abgeleitet wird, wird diese Funktion auch als Formfaktor oder ein äußerer Formfaktor bezeichnet.Since, as described above, the function characterizing the shape of the unit structure is derived, this function is also referred to as a shape factor or an external shape factor.

Anschließend, damit die Streuintensität, wenn die Einheitsstrukturen periodisch angeordnet sind, bestimmt werden kann, wird die Summe der Gleichung (8) unter Berücksichtigung der periodischen Struktur und deren „Versetzung“ berechnet. Die Versetzung bzw. Abweichung von der periodischen Struktur in einem Kristall wird mit Bezug auf die Fluktuationen der Atompositionen aufgrund von thermischen Schwingungen, einer statischen Versetzung von der Kristallgitterposition des Atoms aufgrund von Kristalldefekten und dergleichen formuliert. Dieses Verfahren wird für die Versetzung von der periodischen Anordnung der Einheitsstrukturen angewendet. Folglich wird der Positionsfaktor Xj der Einheitsstruktur in eine exakte periodische Position und eine Versetzung davon unterteilt.
[Formel 12] I ( Q ) = ( r c P ) 2 j , k F j ( Q ) F k * ( Q ) e i Q ( u ( X j ) u ( X k ) ) e i Q ( X ¯ j X ¯ k )

Figure DE112010001894B4_0023

Xj
periodische Position
u(Xj)
Störung von der periodischen Position
Then, in order to determine the scattering intensity when the unit structures are arranged periodically, the sum of equation (8) is calculated considering the periodic structure and its “offset”. Displacement from the periodic structure in a crystal is formulated in terms of fluctuations in atomic positions due to thermal vibration, static displacement from the crystal lattice position of the atom due to crystal defects, and the like. This method is applied for the displacement from the periodic arrangement of the unit structures. Consequently, the position factor X j of the unit structure is divided into an exact periodic position and an offset thereof.
[Formula 12] I ( Q ) = ( right c P ) 2 j , k f j ( Q ) f k * ( Q ) e i Q ( and ( X j ) and ( X k ) ) e i Q ( X ¯ j X ¯ k )
Figure DE112010001894B4_0023
Xj
periodic position
u(Xj)
Disturbance from the periodic position

Ferner, damit die Streuintensität unter Berücksichtigung von Fluktuationen der Positionen von jeder der Einheitsstrukturen und Fluktuationen bezüglich der Größe berechnet werden kann, wird eine statistische Verarbeitung eingeführt.
[Formel 13] I ( Q ) = ( r c P ) 2 { j | F j ( Q ) | 2 + j k F j ( Q ) F k * ( Q ) e i Q ( u ( X j ) u ( X k ) ) e i Q ( X ¯ j X ¯ k ) } = ( r c P ) 2 N { | F j ( Q ) | 2 j + | k | 1 F j ( Q ) F k + j * ( Q ) j e i Q ( u ( X j ) u ( X k ) ) j e i Q ( X ¯ j X ¯ k + j ) }

Figure DE112010001894B4_0024
Further, in order that the scattering intensity can be calculated considering fluctuations in the positions of each of the unit structures and fluctuations in the size, statistical processing is introduced.
[Formula 13] I ( Q ) = ( right c P ) 2 { j | f j ( Q ) | 2 + j k f j ( Q ) f k * ( Q ) e i Q ( and ( X j ) and ( X k ) ) e i Q ( X ¯ j X ¯ k ) } = ( right c P ) 2 N { | f j ( Q ) | 2 j + | k | 1 f j ( Q ) f k + j * ( Q ) j e i Q ( and ( X j ) and ( X k ) ) j e i Q ( X ¯ j X ¯ k + j ) }
Figure DE112010001894B4_0024

Der folgende Operator kennzeichnet das statistische Mittel einer physikalischen Observablen A bezüglich der Gesamtzahl der Einheitsstrukturen N.
[Formel 14] A j j 1 N j A j

Figure DE112010001894B4_0025
The following operator characterizes the statistical mean of a physical observable A with respect to the total number of unit structures N.
[Formula 14] A j j 1 N j A j
Figure DE112010001894B4_0025

Hier, aufgrund der Gleichförmigkeit des gesamten Systems wird angenommen, dass eine Korrelationsfunktion lediglich von der relativen Positionsrelation k der beiden abhängt.Here, due to the uniformity of the whole system, it is assumed that a correlation function depends only on the relative positional relation k of the two.

Als nächstes wird eine Exponentialfunktion zunächst unter Berücksichtigung von Fluktuationen der Positionen erweitert. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass die folgende Relation wahr ist: | Q ( u ( X j ) ) u ( X j + k ) | < < 1

Figure DE112010001894B4_0026
Next, an exponential function is first expanded taking into account fluctuations in the positions. For simplicity, assume that the following relation is true: | Q ( and ( X j ) ) and ( X j + k ) | < < 1
Figure DE112010001894B4_0026

Anschließend wird die folgende Formel erhalten.
[Formel 16] e i Q ( u ( X j ) u ( X j + k ) ) j 1 + i Q ( u ( X j ) u ( X j + k ) ) j + 1 2 i Q ( u ( X j ) u ( X j + k ) ) ) 2 j + L

Figure DE112010001894B4_0027
Then the following formula is obtained.
[Formula 16] e i Q ( and ( X j ) and ( X j + k ) ) j 1 + i Q ( and ( X j ) and ( X j + k ) ) j + 1 2 i Q ( and ( X j ) and ( X j + k ) ) ) 2 j + L
Figure DE112010001894B4_0027

Da mit Sicherheit positive und negative Terme in der Relation der relativen Positionen vorhanden sind, werden diese gemittelt, und somit wird der erste Term Null und der zweite Term verbleibt. Folglich kann die Relation der relativen Positionen als folgende Formel in dem Bereich dieser Approximation ausgedrückt werden.
[Formel 17] e i Q ( u ( X j ) u ( X j + k ) ) j e ( Q ( u ( X j ) u ( X j + k ) ) ) 2 j 2 + L = e Q u 2 Δ u ( Δ X k ) 2 2 + L = e Q u 2 g ( Δ X k ) 2 + L

Figure DE112010001894B4_0028
Since there are certainly positive and negative terms in the relation of relative positions, these are averaged and thus the first term becomes zero and the second term remains. Consequently, the relation of the relative positions can be expressed as the following formula in the range of this approximation.
[Formula 17] e i Q ( and ( X j ) and ( X j + k ) ) j e ( Q ( and ( X j ) and ( X j + k ) ) ) 2 j 2 + L = e Q and 2 Δ and ( Δ X k ) 2 2 + L = e Q and 2 G ( Δ X k ) 2 + L
Figure DE112010001894B4_0028

Allerdings wird angenommen, dass die Korrelation der Versetzung als eine Funktion g(ΔXk) von lediglich der Differenz ΔXk zwischen entsprechenden Positionen ausgedrückt wird. Ferner stellt Qu die Projektion eines Streuvektors Q in der u-Richtung der Versetzung dar. Die Korrelation der Fluktuation bezüglich der Positionen bewirkt eine sogenannte Hung-Streuung bei der Röntgenstreuung. Als einfaches Beispiel der Korrelation werden spezifische Ausdrücke für einen Fall, in dem eine zufällige Versetzung unabhängig vom Abstand auftritt, und einen Fall, bei dem die Position periodisch fluktuiert, angegeben. Gleichung (6) kann wie folgt mit Verwendung von g(ΔXk) geschrieben werden.
[Formel 18] I ( Q ) = r c P 2 N { | F j ( Q ) | 2 j + | k | 1 F j ( Q ) F j + k * ( Q ) j e i Q ( X ¯ j X ¯ j + k ) e Q u 2 g ( Δ X k ) 2 }

Figure DE112010001894B4_0029

g(ΔXk)
Funktion in Abhängigkeit der relativen Position
However, it is assumed that the correlation of the displacement is expressed as a function g(ΔX k ) of only the difference ΔX k between respective positions. Further, Q u represents the projection of a scattering vector Q in the u direction of the dislocation. The correlation of the fluctuation with respect to the positions causes so-called Hung scattering in the X-ray scattering. As a simple example of the correlation, specific expressions are given for a case where random displacement occurs regardless of the distance and a case where the position fluctuates periodically. Equation (6) can be written as follows using g(ΔX k ).
[Formula 18] I ( Q ) = right c P 2 N { | f j ( Q ) | 2 j + | k | 1 f j ( Q ) f j + k * ( Q ) j e i Q ( X ¯ j X ¯ j + k ) e Q and 2 G ( Δ X k ) 2 }
Figure DE112010001894B4_0029
g(ΔXk)
Function depending on the relative position

Wenn g(ΔXk) nicht mit dem Abstand in Beziehung steht, wie es in Gleichung (16a) gezeigt ist, wird dies als konstante mittlere quadratische Fluktuation ausgedrückt. Die mittleren quadratischen Fluktuation, welche unabhängig vom Abstand ausgedrückt werden, verhalten sich wie ein Temperaturfaktor bei der Kristallbeugung. Wenn die Amplitude der Fluktuationen bezüglich der Position, welche eine Periode p aufweisen, als b angenommen wird, kann dies mit der folgenden Gleichung (16b) ausgedrückt werden.
[Formel 19] g ( Δ X k ) = Δ u ¯ 2

Figure DE112010001894B4_0030
g ( Δ X k ) = b 2 ( 1 cos ( 2 π | Δ X k | p ) ) 2
Figure DE112010001894B4_0031
When g(ΔX k ) is unrelated to distance, as shown in equation (16a), this is expressed as a constant mean square fluctuation. The mean square fluctuations, which are expressed independently of distance, behave like a temperature factor in crystal diffraction. If the amplitude of the fluctuations with respect to the position having a period p is assumed to be b, this can be expressed by the following equation (16b).
[Formula 19] G ( Δ X k ) = Δ and ¯ 2
Figure DE112010001894B4_0030
G ( Δ X k ) = b 2 ( 1 cos ( 2 π | Δ X k | p ) ) 2
Figure DE112010001894B4_0031

Anschließend kann eine Beugungsintensität wie folgt ausgedrückt werden.
[Formel 20] I ( Q ) = ( r c P ) 2 N { | F j ( Q ) | 2 j + | k | 1 F j ( Q ) F j + k * ( Q ) j e i Q ( X ¯ j X ¯ j + k ) e Q u 2 2 b 2 ( 1 cos ( 2 π Δ X k p ) ) 2 }

Figure DE112010001894B4_0032
Then, a diffraction intensity can be expressed as follows.
[Formula 20] I ( Q ) = ( right c P ) 2 N { | f j ( Q ) | 2 j + | k | 1 f j ( Q ) f j + k * ( Q ) j e i Q ( X ¯ j X ¯ j + k ) e Q and 2 2 b 2 ( 1 cos ( 2 π Δ X k p ) ) 2 }
Figure DE112010001894B4_0032

Mit dieser Gleichung ist es möglich, nicht nur einen Beugungspeak als Resultat von einer ursprünglichen Periode sondern auch einen Peak auszudrücken, der von einer Supergitterperiode p mal so hoch herrührt.With this equation, it is possible to express not only a diffraction peak resulting from an original period but also a peak resulting from a superlattice period p times as high.

Im Allgemeinen kann die Strukturfluktuation der Einheitsstruktur, in welcher der Formfaktor als Gleichung (9) oder (10) ausgedrückt wird, eine Korrelation aufweisen, welche von der Differenz ΔXk zwischen den entsprechenden bzw. wechselseitigen Positionen abhängt. Allerdings, wenn eine solche Korrelation ignoriert werden kann, kann die Korrelation des Formfaktors mit der folgenden Gleichung ausgedrückt werden. F j ( Q ) F j + k * ( Q ) j = F j ( Q ) j F j + k * ( Q ) j = | F ( Q ) | 2

Figure DE112010001894B4_0033
In general, the structure fluctuation of the unit structure in which the shape factor is expressed as Equation (9) or (10) can have a correlation depending on the difference ΔX k between the corresponding or mutual positions. However, if such a correlation can be ignored, the shape factor correlation can be expressed by the following equation. f j ( Q ) f j + k * ( Q ) j = f j ( Q ) j f j + k * ( Q ) j = | f ( Q ) | 2
Figure DE112010001894B4_0033

Anschließend können die Gleichungen (12), (16) und (17) wie folgt einfach ausgedrückt werden.
[Formel 22] I ( Q ) = ( r c P ) 2 N { | F ( Q ) | 2 + | F ( Q ) | 2 | k | 1 e i Q ( u ( X j ) u ( X k ) ) j e i Q ( X ¯ j X ¯ j + k ) }

Figure DE112010001894B4_0034
I ( Q ) = ( r c P ) 2 N { | F ( Q ) | 2 + | F ( Q ) | 2 e Q u 2 Δ u 2 2 | k | 1 e i Q ( X ¯ j X ¯ j + k ) }
Figure DE112010001894B4_0035
I ( Q ) = ( r c P ) 2 N { | F ( Q ) | 2 + | F ( Q ) | 2 | k | 1 e i Q ( X ¯ j X ¯ j + k ) e Q u 2 2 b 2 ( 1 cos ( 2 π | Δ X k | p ) ) 2 }
Figure DE112010001894B4_0036
Then, Equations (12), (16) and (17) can be simply expressed as follows.
[Formula 22] I ( Q ) = ( right c P ) 2 N { | f ( Q ) | 2 + | f ( Q ) | 2 | k | 1 e i Q ( and ( X j ) and ( X k ) ) j e i Q ( X ¯ j X ¯ j + k ) }
Figure DE112010001894B4_0034
I ( Q ) = ( right c P ) 2 N { | f ( Q ) | 2 + | f ( Q ) | 2 e Q and 2 Δ and 2 2 | k | 1 e i Q ( X ¯ j X ¯ j + k ) }
Figure DE112010001894B4_0035
I ( Q ) = ( right c P ) 2 N { | f ( Q ) | 2 + | f ( Q ) | 2 | k | 1 e i Q ( X ¯ j X ¯ j + k ) e Q and 2 2 b 2 ( 1 cos ( 2 π | Δ X k | p ) ) 2 }
Figure DE112010001894B4_0036

Es sei bemerkt, dass, da in der Gleichung des Formfaktors der Einheitsstruktur, der erste Term das Quadrat seiner selbst ist, wird die Mittelung nach dem Quadrieren ausgeführt, und dass, da der nachfolgende Term ein Term ist, der als Resultat einer Interferenz zwischen verschiedenen Streuelementen auftritt, die Mittelung an jedem Formfaktor ausgeführt wird, und anschließend die Quadrierung ausgeführt wird. Folglich, wenn die periodische Struktur über einen langen Abstand kontinuierlich ist, hat der zweite Term einen erheblichen Beitrag, wohingegen, wenn die Regelmäßigkeit gering ist, der Beitrag des zweiten Terms sich allmählich gemäß dem Betrag von Q ändert. Wenn diese Gleichungen angewendet werden, ist es möglich, geeignet zu beschreiben, wie sich das Verfahren zur Mittelung der Formfaktoren ändert. Allerdings ist im Allgemeinen der Kohärenzbereich der Röntgenstrahlung schmal, und es ist unwahrscheinlich, dass alle der beobachteten Bereiche kohärent zur Streuung beitragen. In einem solchen Fall, um die Verteilung der Streuung zu berücksichtigen, ist es notwendig, eine neue Mittelung entsprechend der Verteilung von jeder der obigen drei Gleichungen auszuführen.It should be noted that since in the equation of the form factor of the unit structure, the first term is the square of itself, the averaging is performed after squaring, and that since the subsequent term is a term obtained as a result of interference between different scattering elements occurs, the averaging is performed on each form factor, and then the squaring is performed. Consequently, when the periodic structure is continuous over a long distance, the second term has a significant contribution, whereas when the regularity is small, the contribution of the second term changes gradually according to the magnitude of Q. Applying these equations, it is possible to adequately describe how the method of averaging the shape factors changes. However, in general, the coherence range of X-rays is narrow and it is unlikely that all of the observed ranges coherently contribute to the scattering. In such a case, in order to take the distribution of the scatter into account, it is necessary to carry out a new averaging according to the distribution of each of the above three equations.

(Röntgenstrahlbeugung unter Berücksichtigung von Reflexion/Beugung an der Oberfläche oder dem dünnen Film)(X-ray diffraction considering reflection/diffraction at surface or thin film)

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Strukturanalyse bei Einheitsstrukturen auf der Oberfläche auszuführen. Folglich trifft die Röntgenstrahlung in einem kleinen Winkel nahe der Oberfläche auf die Oberfläche auf, und die Beugung/Streuung wird gemessen. In einem solchen Fall ist es notwendig, eine Beugungsintensitätsrechnung unter Berücksichtigung von Reflexions/Beugungseffekten der Röntgenstrahlung an der Oberfläche durchzuführen. Das Berechnungsverfahren wird unten beschrieben.The purpose of the present invention is to carry out a structure analysis on unit structures on the surface. Consequently, the X-rays hit the surface at a small angle near the surface and the diffraction/scattering is measured. In such a case it is necessary to carry out a diffraction intensity calculation taking into account reflection/diffraction effects of the X-rays at the surface. The calculation procedure is described below.

Wenn die Röntgenstrahlung in einem kleinen Winkel auf die Probenoberfläche auftrifft, sind Reflexion und Beugung an der Oberfläche und an den Grenzflächen sehr wichtig. Wenn eine Streuung des reflektierten Röntgenstrahls in kleinem Winkel gemessen wird, ist es notwendig, dies zu berücksichtigen. Die 7 und 8 sind schematische Diagramme, welche den Zustand eines elektrischen Felds in den Schichten der Probe, welche im Allgemeinen eine N-Schicht-Mehrfachschichtstruktur aufweisen, zeigen. Hier bezeichnen TEm und REm entsprechend eine sich fortpflanzende Welle und eine reflektierte Welle, innerhalb von m Schichten. Diese Werte können basierend auf der Fresnel-Formel berechnet werden, wenn der Brechungsindex nm und die Dicke dm jeder Schicht und der Einfallswinkel der Röntgenstrahlung αo gegeben sind.When the X-rays hit the sample surface at a small angle, reflection and diffraction at the surface and interfaces are very important. When measuring small-angle scattering of the reflected X-ray, it is necessary to take this into account. The 7 and 8th 12 are schematic diagrams showing the state of an electric field in the layers of the sample, which generally have an N-layer multilayer structure. Here, T E m and R E m denote a propagating wave and a reflected wave, respectively, within m layers. These values can be calculated based on the Fresnel formula given the refractive index n m and the thickness d m of each layer and the angle of incidence of X-rays α o .

Bezüglich einer gestreuten Welle ist es notwendig, eine Welle zu berücksichtigen, welche in dem Film erzeugt wird und die von der Oberfläche in einem Ausgangswinkel bzw. Austrittswinkel a0 emittiert wird. Als Lösung einer Wellengleichung, welche ein elektrisches Feld in dem Mehrfachschichtfilm darstellt, die solche Bedingungen erfüllt, kann eine Lösung verwendet werden, welche durch Zeitumkehr einer Normallösung erhalten wird. Das kann durch Erlangen des Komplexkonjugierten einer Normallösung und anschließend Ändern derselben erhalten werden, sodass t → -t (k → -k). Diese Lösung wird durch die folgenden Symbole dargestellt.
[Formel 23] T E m * ~ ,   R E m * ~ :

Figure DE112010001894B4_0037
reflektierte Welle und fortpflanzende Welle in einer gestreuten Welle wobei
T E 0 * ~ :
Figure DE112010001894B4_0038
Welle, die von der Oberfläche emittiert wirdRegarding a scattered wave, it is necessary to consider a wave which is generated in the film and which is emitted from the surface at an exit angle a 0 . As a solution of a wave equation representing an electric field in the multilayer film that satisfies such conditions, a solution obtained by time reversal of a normal solution can be used. This can be obtained by obtaining the complex conjugate of a normal solution and then changing it so that t → -t (k → -k). This solution is represented by the following icons.
[Formula 23] T E m * ~ , R E m * ~ :
Figure DE112010001894B4_0037
reflected wave and propagating wave being in a scattered wave
T E 0 * ~ :
Figure DE112010001894B4_0038
Wave emitted from the surface

Das elektrische Feld, das von der einfallenden Welle (Welle 1) herrührt, kann im Speziellen wie folgt beschrieben werden.
[Formel 24] R N = 0,   R N 1 = γ N 1 ,  L R m = R m + 1 φ m + 1 2 + γ m R m + 1 φ m + 1 2 γ m + 1 ,   R 0 = R 1 φ 1 2 + γ 0 R 1 φ 1 2 γ 0 + 1

Figure DE112010001894B4_0039
η m = n m c o s 2 α 0 ,   γ m = η m η m + 1 η m + η m + 1 ,   τ m = 2 η m + 1 η m + η m + 1 ,   φ m = e i k 0 η m , d m ,   t m = 1 γ m R m τ m
Figure DE112010001894B4_0040
E T m ( z m ) = j = 0 m 1 ( t j φ j ) e i k 0 η m z m = T m e i k 0 η m z m ,   R E m ( z m ) = j = 0 m 1 R m ( t j φ j ) e i k 0 η m z m = T m R m e i k 0 η m z m
Figure DE112010001894B4_0041
Specifically, the electric field resulting from the incident wave (wave 1) can be described as follows.
[Formula 24] R N = 0, R N 1 = g N 1 , L , R m = R m + 1 φ m + 1 2 + g m R m + 1 φ m + 1 2 g m + 1 , R 0 = R 1 φ 1 2 + g 0 R 1 φ 1 2 g 0 + 1
Figure DE112010001894B4_0039
n m = n m c O s 2 a 0 , g m = n m n m + 1 n m + n m + 1 , τ m = 2 n m + 1 n m + n m + 1 , φ m = e i k 0 n m , i.e m , t m = 1 g m R m τ m
Figure DE112010001894B4_0040
E T m ( e.g m ) = j = 0 m 1 ( t j φ j ) e i k 0 n m e.g m = T m e i k 0 n m e.g m , R E m ( e.g m ) = j = 0 m 1 R m ( t j φ j ) e i k 0 n m e.g m = T m R m e i k 0 n m e.g m
Figure DE112010001894B4_0041

Die gestreute Welle (Welle 2) ist gleichermaßen gegeben durch die folgende Formel.
[Formel 25] R ˜ N * = 0,   R ˜ N 1 * = γ ˜ N 1 * ,  L R ˜ I * = R ˜ m + 1 *   φ ˜ m + 1 * 2 + γ ˜ m * R ˜ m + 1 *   φ m + 1 * 2 γ ˜ m * + 1 ,   R ˜ 0 * = R ˜ 1 *   φ ˜ 1 * 2 + γ ˜ 0 * R ˜ 1 *   φ ˜ 1 * 2   γ ˜ 0 * + 1

Figure DE112010001894B4_0042
ζ m = n m c o s 2   β 0 ,   γ ˜ m * = ζ m * ζ m + 1 * ζ m * ζ m + 1 * ,   τ ˜ m * = 2 ζ m + 1 * ζ m * + ζ m + 1 * ,   φ ˜ m * = e i k 0 ζ m * d m ,   t ˜ m * = 1 γ ˜ m * R ˜ m * τ ˜ m *
Figure DE112010001894B4_0043
T E ˜ m * ( z m ) = j = 0 m 1 ( t ˜ j * φ ˜ j * ) e i k 0 ζ m * z m = T ˜ m * e i k 0 ζ m * z m ,   R E ˜ m * ( z m ) = j = 0 m 1 R m * ( t ˜ j * φ ˜ m * ) e i k 0 ζ m * z m = T ˜ m * R m * e i k 0 ζ m * z m
Figure DE112010001894B4_0044
The scattered wave (wave 2) is likewise given by the following formula.
[Formula 25] R ˜ N * = 0, R ˜ N 1 * = g ˜ N 1 * , L , R ˜ I * = R ˜ m + 1 * φ ˜ m + 1 * 2 + g ˜ m * R ˜ m + 1 * φ m + 1 * 2 g ˜ m * + 1 , R ˜ 0 * = R ˜ 1 * φ ˜ 1 * 2 + g ˜ 0 * R ˜ 1 * φ ˜ 1 * 2 g ˜ 0 * + 1
Figure DE112010001894B4_0042
ζ m = n m c O s 2 β 0 , g ˜ m * = ζ m * ζ m + 1 * ζ m * ζ m + 1 * , τ ˜ m * = 2 ζ m + 1 * ζ m * + ζ m + 1 * , φ ˜ m * = e i k 0 ζ m * i.e m , t ˜ m * = 1 g ˜ m * R ˜ m * τ ˜ m *
Figure DE112010001894B4_0043
T E ˜ m * ( e.g m ) = j = 0 m 1 ( t ˜ j * φ ˜ j * ) e i k 0 ζ m * e.g m = T ˜ m * e i k 0 ζ m * e.g m , R E ˜ m * ( e.g m ) = j = 0 m 1 R m * ( t ˜ j * φ ˜ m * ) e i k 0 ζ m * e.g m = T ˜ m * R m * e i k 0 ζ m * e.g m
Figure DE112010001894B4_0044

Diese Quantitäten können berechnet werden, wenn die Parameter nm und dm des Einfallswinkels, des Ausgangswinkels und die Filmstruktur gegeben sind. Anstelle der obigen Formel kann auch die folgende Formel als Formel unter Berücksichtigung der Grenzflächenrauhigkeit Ωm verwendet werden.
[Formel 26] γ m = η m η m + 1 η m + η m + 1 exp [ 2 k 0 2 η m η m + 1 σ m 2 ] ,   γ ˜ m * = ζ m * ζ m + 1 * ζ m * + ζ m + 1 * exp [ 2 k 0 2 ζ m * ζ m + 1 * σ m 2 ]

Figure DE112010001894B4_0045
These quantities can be calculated given the parameters n m and d m of the angle of incidence, the angle of exit and the film structure. Instead of the above formula, the following formula can also be used as a formula considering the interface roughness Ω m .
[Formula 26] g m = n m n m + 1 n m + n m + 1 ex [ 2 k 0 2 n m n m + 1 σ m 2 ] , g ˜ m * = ζ m * ζ m + 1 * ζ m * + ζ m + 1 * ex [ 2 k 0 2 ζ m * ζ m + 1 * σ m 2 ]
Figure DE112010001894B4_0045

Durch Verwendung dieser kann eine Übergangsamplitude von Welle 1 bis Welle 2, die von einem Potenzial Vm bewirkt wird, aufgrund einer ungleichmäßigen Dichte in den m Schichten, wie folgt geschrieben werden.
[Formel 27] ψ l i ( α ) = j = 1 l 1 ( t j φ j ) e i k 0 η m z m + j = 1 m 1 R m ( t j φ j ) e i k 0 η m z m = T m e i k 0 η m z m + T m R m e i k 0 η m z m

Figure DE112010001894B4_0046
ψ ˜ m f ( β ) = j = 1 m 1 ( t ˜ j * φ ˜ j * ) e i k 0 ζ m * z m + j = 1 m 1 R ˜ m * ( t ˜ j * φ ˜ j * ) e i k 0 ζ m * z m = T ˜ m * e i k 0 ζ m * z m + T ˜ m * R ˜ m * e i k 0 ζ m * z m
Figure DE112010001894B4_0047
ψ ˜ m f ( β ) | V | ψ i ( α ) = m ψ ˜ m f ( β ) | V m | ψ m i ( α ) = m T ˜ m T m ( ζ m * | V m | η m + R m ζ m * | V m | η m + R ˜ m ζ m * | V m | η m + R ˜ m R m ζ m * | V m | η m )
Figure DE112010001894B4_0048
Using these, a transition amplitude from wave 1 to wave 2 caused by a potential V m due to uneven density in the m layers can be written as follows become.
[Formula 27] ψ l i ( a ) = j = 1 l 1 ( t j φ j ) e i k 0 n m e.g m + j = 1 m 1 R m ( t j φ j ) e i k 0 n m e.g m = T m e i k 0 n m e.g m + T m R m e i k 0 n m e.g m
Figure DE112010001894B4_0046
ψ ˜ m f ( β ) = j = 1 m 1 ( t ˜ j * φ ˜ j * ) e i k 0 ζ m * e.g m + j = 1 m 1 R ˜ m * ( t ˜ j * φ ˜ j * ) e i k 0 ζ m * e.g m = T ˜ m * e i k 0 ζ m * e.g m + T ˜ m * R ˜ m * e i k 0 ζ m * e.g m
Figure DE112010001894B4_0047
ψ ˜ m f ( β ) | V | ψ i ( a ) = m ψ ˜ m f ( β ) | V m | ψ m i ( a ) = m T ˜ m T m ( ζ m * | V m | n m + R m ζ m * | V m | n m + R ˜ m ζ m * | V m | n m + R ˜ m R m ζ m * | V m | n m )
Figure DE112010001894B4_0048

Das Quadrat des absoluten Werts der Gleichung 27, die hier erhalten wird, liefert die Streuwahrscheinlichkeit. Die Auswertung der Oberflächenstreuung, die oben beschrieben ist, wird als „distorted wave born approximation“ (DWBA) bezeichnet.The square of the absolute value of Equation 27 obtained here gives the scatter probability. The evaluation of surface scattering described above is called "distorted wave born approximation" (DWBA).

(Form-(Struktur)-Faktor einer Oberflächennanostruktur)(Form (structure) factor of a surface nanostructure)

Basierend auf den oben beschriebenen grundsätzlichen Berechnungen ist der Strukturfaktor einer tatsächlichen Nanostruktur gegeben, und die Röntgenstreuintensität wird speziell ausgeführt. 9 ist eine Querschnittsansicht eines Probenmodells, in dem Linien und Räume auf dessen Oberfläche ausgebildet sind. Wenn die Röntgenstrahlung in einem Streifwinkel in der Nähe eines kritischen Winkels auf die Einheitsstrukturen auftrifft, die in Intervallen ausreichend kleiner als eine Kohärenzlänge angeordnet sind und die auf der Oberfläche vorhanden sind, wird die Röntgenstrahlung nicht nur an der Bodenoberfläche, sondern auch an der oberen Oberfläche der Einheitsstruktur reflektiert. Anschließend erscheint ein Grenzflächenmuster, welches die Höhe H der Einheitsstruktur auf einem Reflexionsmuster der Röntgenstrahlung widerspiegelt, als wenn ein dünner Film auf der Oberfläche ausgebildet wäre.Based on the basic calculations described above, the structure factor of an actual nanostructure is given and the x-ray scattering intensity is specified. 9 12 is a cross-sectional view of a sample model in which lines and spaces are formed on the surface thereof. When the X-ray hits the unit structures arranged at intervals sufficiently smaller than a coherence length and present on the surface at a grazing angle near a critical angle, the X-ray becomes not only on the bottom surface but also on the top surface reflected in the unit structure. Then, an interface pattern reflecting the height H of the unit structure appears on a reflection pattern of the X-ray as if a thin film were formed on the surface.

Wenn dies berücksichtigt wird, wurde bezüglich beispielsweise einer Struktur, die auf der Oberfläche mit einer hohen Dichte ausgebildet ist, herausgefunden, dass es notwenig ist, ein elektromagnetisches Feld der Oberfläche an einer Schichtstruktur zu berechnen, die eine periodische Struktur in jeder Schicht aufweist, und das Problem bezüglich der Streuung von der Oberflächenstruktur darauf basierend zu behandeln. 10 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell zeigt, in dem eine Schichtstruktur ausgebildet ist. Eine reflektierte Welle und eine an der Oberfläche reflektierte bzw. gebeugte Welle werden später beschrieben, und es werden eine Streuamplitude, wenn eine Streuquelle vorhanden ist, welches das Potenzial V in dem Film aufweist, dargestellt durch die Gleichungen (25 bis 27), beschrieben. Beispielsweise, damit die Streuamplitude der Oberflächengestalt, die in 9 gezeigt ist, berechnet werden kann, wird die Oberflächengestalt zunächst als Höhe Z(X, Y) der Oberfläche an jedem Punkt (X, Y) dargestellt. Obwohl in dem Beispiel der 9 die Einheitsstrukturen lediglich in der ersten Schicht vorhanden sind, können die Einheitsstrukturen im Wesentlichen über eine Mehrzahl von Schichten vorhanden sein. Wenn die Einheitsstrukturen über eine Mehrzahl von Schichten auf der Oberfläche vorhanden sind, wird die Streuamplitude an der m-ten Schicht (Lm) wie folgt ausgedrückt.
[Formel 28] ψ ˜ m f ( β ) | V m | ψ m f ( α ) = r c P T ˜ m T m [ 0 d m θ ( Z m ( X , Y ) z m ) e i k 0 ( η m ζ m ) z m d z m e i Q y Y d Y e i Q x X d X + R ˜ m 0 d m θ ( Z m ( X , Y ) z m ) e i k 0 ( η m ζ m ) z m d z m e i Q y Y d Y e i Q x X d X + R m 0 d m θ ( Z m ( X , Y ) z m ) e i k 0 ( η m + ζ m ) z m d z m e i Q y Y d Y e i Q x X d X R ˜ m R m 0 d m θ ( Z m ( X , Y ) z m ) e i k 0 ( η m ζ m ) z m d z m e i Q y Y d Y e i Q x X d X ]

Figure DE112010001894B4_0049
wobei θ(x) eine Stufenfunktion ist, die wie folgt ausgedrückt wird.
[Formel 29] θ ( x ) = { 1 x > 0 0 x < 0
Figure DE112010001894B4_0050
Taking this into account, regarding, for example, a structure formed on the surface with a high density, it has been found that it is necessary to calculate a surface electromagnetic field on a layered structure having a periodic structure in each layer, and to deal with the problem of scattering from the surface structure based on this. 10 12 is a cross-sectional view showing a sample model in which a layered structure is formed. A reflected wave and a surface reflected/diffracted wave will be described later, and a scattering amplitude when there is a scattering source having the potential V in the film represented by Equations (25 to 27) will be described. For example, in order for the scattering amplitude of the surface shape used in 9 shown can be calculated, the surface shape is first represented as the height Z(X,Y) of the surface at each point (X,Y). Although in the example of 9 the unit structures are present only in the first layer, the unit structures may be present substantially over a plurality of layers. When the unit structures are present over a plurality of layers on the surface, the scattering amplitude at the m-th layer (Lm) is expressed as follows.
[Formula 28] ψ ˜ m f ( β ) | V m | ψ m f ( a ) = right c P T ˜ m T m [ 0 i.e m θ ( Z m ( X , Y ) e.g m ) e i k 0 ( n m ζ m ) e.g m i.e e.g m e i Q y Y i.e Y e i Q x X i.e X + R ˜ m 0 i.e m θ ( Z m ( X , Y ) e.g m ) e i k 0 ( n m ζ m ) e.g m i.e e.g m e i Q y Y i.e Y e i Q x X i.e X + R m 0 i.e m θ ( Z m ( X , Y ) e.g m ) e i k 0 ( n m + ζ m ) e.g m i.e e.g m e i Q y Y i.e Y e i Q x X i.e X R ˜ m R m 0 i.e m θ ( Z m ( X , Y ) e.g m ) e i k 0 ( n m ζ m ) e.g m i.e e.g m e i Q y Y i.e Y e i Q x X i.e X ]
Figure DE112010001894B4_0049
where θ(x) is a step function expressed as follows.
[Formula 29] θ ( x ) = { 1 x > 0 0 x < 0
Figure DE112010001894B4_0050

Hier, wenn 0 < Zm (X, Y) < dm, kann die Integration von Zm in Gleichung (28) wie folgt ausgeführt werden.
[Formel 30] 0 d m θ ( Z m ( X , Y ) z m ) e i k 0 ( η m + ζ m ) z m d z m = [ θ ( Z m ( X , Y ) z m ) e i k 0 ( η m + ζ m ) z m i k 0 ( η m + ζ m ) ] 0 d m + 0 d m δ ( Z m ( X , Y ) z m ) e i k 0 ( η m + ζ m ) z m i k 0 ( η m + ζ m ) d z m = θ ( Z m ( X , Y ) z m ) e i k 0 ( η m + ζ m ) z m θ ( Z m ( X , Y ) 0 ) i k 0 ( η m + ζ m ) + e i k 0 ( η m + ζ m ) Z m ( X , Y ) i k 0 ( η m + ζ m ) = e i k 0 ( η m + ζ m ) Z m ( X , Y ) 1 i k 0 ( η m + ζ m )

Figure DE112010001894B4_0051
Here, when 0< Zm (X,Y)< dm , the integration of Zm in equation (28) can be performed as follows.
[Formula 30] 0 i.e m θ ( Z m ( X , Y ) e.g m ) e i k 0 ( n m + ζ m ) e.g m i.e e.g m = [ θ ( Z m ( X , Y ) e.g m ) e i k 0 ( n m + ζ m ) e.g m i k 0 ( n m + ζ m ) ] 0 i.e m + 0 i.e m δ ( Z m ( X , Y ) e.g m ) e i k 0 ( n m + ζ m ) e.g m i k 0 ( n m + ζ m ) i.e e.g m = θ ( Z m ( X , Y ) e.g m ) e i k 0 ( n m + ζ m ) e.g m θ ( Z m ( X , Y ) 0 ) i k 0 ( n m + ζ m ) + e i k 0 ( n m + ζ m ) Z m ( X , Y ) i k 0 ( n m + ζ m ) = e i k 0 ( n m + ζ m ) Z m ( X , Y ) 1 i k 0 ( n m + ζ m )
Figure DE112010001894B4_0051

Anschließend wird angenommen, dass jeder Term mit den folgenden Gleichungen ausgedrückt wird.
[Formel 31] { G m T T ˜ ( η m ,   ζ m ,   Q x ,   Q y ) = s e i k 0 ( η m + ζ m ) Z m ( X , Y ) 1 i k 0 ( η m + ζ m ) e i ( Q x X + Q y Y ) d X   d Y G m R T ˜ ( η m ,   ζ m ,   Q x ,   Q y ) = s e i k 0 ( η m + ζ m ) Z m ( X , Y ) 1 i k 0 ( η m + ζ m ) e i ( Q x X + Q y Y ) d X   d Y G m T R ˜ ( η m ,   ζ m ,   Q x ,   Q y ) = s e i k 0 ( η m ζ m ) Z m ( X , Y ) 1 i k 0 ( η m ζ m ) e i ( Q x X + Q y Y ) d X   d Y G m R R ˜ ( η m ,   ζ m ,   Q x ,   Q y ) = s e i k 0 ( η m ζ m ) Z m ( X , Y ) 1 i k 0 ( η m ζ m ) e i ( Q x X + Q y Y ) d X   d Y

Figure DE112010001894B4_0052
Then it is assumed that each term is expressed with the following equations.
[Formula 31] { G m T T ˜ ( n m , ζ m , Q x , Q y ) = s e i k 0 ( n m + ζ m ) Z m ( X , Y ) 1 i k 0 ( n m + ζ m ) e i ( Q x X + Q y Y ) i.e X i.e Y G m R T ˜ ( n m , ζ m , Q x , Q y ) = s e i k 0 ( n m + ζ m ) Z m ( X , Y ) 1 i k 0 ( n m + ζ m ) e i ( Q x X + Q y Y ) i.e X i.e Y G m T R ˜ ( n m , ζ m , Q x , Q y ) = s e i k 0 ( n m ζ m ) Z m ( X , Y ) 1 i k 0 ( n m ζ m ) e i ( Q x X + Q y Y ) i.e X i.e Y G m R R ˜ ( n m , ζ m , Q x , Q y ) = s e i k 0 ( n m ζ m ) Z m ( X , Y ) 1 i k 0 ( n m ζ m ) e i ( Q x X + Q y Y ) i.e X i.e Y
Figure DE112010001894B4_0052

Folglich kann die Gleichung (27) zur Streuamplitude wie folgt ausgedrückt werden.
[Formel 32] ψ ˜ f ( β ) | V | ψ i ( α ) = r c P m T m T ˜ m { G m T T ˜ + R m G m R T ˜ + R ˜ m G m T R ˜ + R m R ˜ m G m R R ˜ }

Figure DE112010001894B4_0053
Consequently, Equation (27) on scattering amplitude can be expressed as follows.
[Formula 32] ψ ˜ f ( β ) | V | ψ i ( a ) = right c P m T m T ˜ m { G m T T ˜ + R m G m R T ˜ + R ˜ m G m T R ˜ + R m R ˜ m G m R R ˜ }
Figure DE112010001894B4_0053

Ferner wird ein Fall berücksichtigt, in dem die Einheitsstrukturen eine Periodizität in der y-Richtung aufweisen. Ein solcher Fall wurde mit Bezug auf die Gleichungen (7) bis (17') diskutiert. Das wird auf eine spezifische Berechnung der Gleichung (32) angewendet. Um im Allgemeinen beispielsweise die Oberflächennanostruktur zu behandeln, sei ein Fall betrachtet, in dem eine zweidimensionale periodische Struktur in der Oberfläche ausgebildet ist. Folglich wird hier der Punkt (X, Y) innerhalb der Einheitsstrukturen, welche die periodische Struktur bilden, als (X, Y) = (Xj + xj, YJ + yj) unter Verwendung der lokalen Koordinate (Xj, Yj) und der Positionskoordinate (Xj, Yj) jeder Zelle ausgedrückt, und die Gleichung (31) umgeschrieben, mit dem Resultat, dass die folgende Formel gegeben ist.
[Formel 33] G m ( Q z a m ,   Q x ,   Q y ) = S e i Q z a m Z m ( X , Y ) 1 i Q z a m e i ( Q x X + Q y Y ) d X   d Y = j [ s e i Q z a m Z m j ( x j , y j ) 1 i Q z a m e i ( Q x x j + Q y y j ) d x j d y j ] e i ( Q x X j + Q y Y j ) = j F m j ( Q z r m ,   Q x ,   Q y ) e i ˜ ( Q x X j + Q y Y j ) Q z a m = { Q m T m T ˜ m ,   Q z R m T ˜ m ,   Q z T m R ˜ m ,   Q m R m R ˜ m }

Figure DE112010001894B4_0054
Q z T m T ˜ m = k 0 ( η m + ζ m ) Q z R m T ˜ m = k 0 ( η m + ζ m ) Q z T m R ˜ m = k 0 ( η m ζ m ) Q z R m R ˜ m = k 0 ( η m ζ m ) }   { η m = n m cos 2 α ζ m = n m cos 2 β
Figure DE112010001894B4_0055
Furthermore, a case where the unit structures have a periodicity in the y-direction is considered. Such a case has been discussed with reference to equations (7) to (17'). This is applied to a specific calculation of equation (32). For example, to generally deal with the surface nanostructure, consider a case where a two-dimensional periodic structure is formed in the surface. Hence, here the point (X, Y) within the unit structures constituting the periodic structure is given as (X, Y) = (Xj + xj, YJ + yj) using the local coordinate (X j , Y j ) and the expressing the position coordinate (X j , Y j ) of each cell, and rewriting the equation (31), with the result that the following formula is given.
[Formula 33] G m ( Q e.g a m , Q x , Q y ) = S e i Q e.g a m Z m ( X , Y ) 1 i Q e.g a m e i ( Q x X + Q y Y ) i.e X i.e Y = j [ s e i Q e.g a m Z m j ( x j , y j ) 1 i Q e.g a m e i ( Q x x j + Q y y j ) i.e x j i.e y j ] e i ( Q x X j + Q y Y j ) = j f m j ( Q e.g right m , Q x , Q y ) e i ˜ ( Q x X j + Q y Y j ) Q e.g a m = { Q m T m T ˜ m , Q e.g R m T ˜ m , Q e.g T m R ˜ m , Q m R m R ˜ m }
Figure DE112010001894B4_0054
Q e.g T m T ˜ m = k 0 ( n m + ζ m ) Q e.g R m T ˜ m = k 0 ( n m + ζ m ) Q e.g T m R ˜ m = k 0 ( n m ζ m ) Q e.g R m R ˜ m = k 0 ( n m ζ m ) } { n m = n m cos 2 a ζ m = n m cos 2 β
Figure DE112010001894B4_0055

Es sollte bemerkt werden, dass diese eine großen imaginären Term in dem Bereich der Totalreflexion aufweisen. Hier ist der Integrationsteil einer Formfunktion Zmj (Xj,Yj) in der Gleichung (33) als Formfaktor der Einheitsteile in einer sich wiederholenden Struktur definiert, wie es in der folgenden Formel dargestellt ist.
[Formel 34] F m j ( Q z a ,   Q / / ) s e i Q z a Z m j ( x j , y j ) 1 i Q z a e i ( Q x x j + Q y y j ) d x j   d y j Q / / = ( Q x ,   Q y )

Figure DE112010001894B4_0056
It should be noted that these have a large imaginary term in the range of total internal reflection. Here, the integration part of a shape function Zmj (X j ,Y j ) in the equation (33) is defined as a shape factor of the unit parts in a repetitive structure as shown in the following formula.
[Formula 34] f m j ( Q e.g a , Q / / ) s e i Q e.g a Z m j ( x j , y j ) 1 i Q e.g a e i ( Q x x j + Q y y j ) i.e x j i.e y j Q / / = ( Q x , Q y )
Figure DE112010001894B4_0056

Wenn die Formel (32) damit umgeschrieben wird, folgt der folgende Ausdruck.
[Formel 35] ψ ˜ f ( β ) | V | ψ i ( α ) = r c P j m T m T ˜ m { F m j ( Q z T m T ˜ m ) + R m ˙ F m j ( Q z R m T ˜ m ) + R ˜ m ˙ F m j ( Q z T m R ˜ m ) + R m R ˜ m ˙ F m j ( Q z R m R ˜ m ) } e i ( Q x X j + Q y Y j ) = r c P j F j D W B A ( α ,   β ,   Q / / ) e i ( Q x X j + Q y Y j )

Figure DE112010001894B4_0057
F j D W B A ( α ,   β ,   Q / / ) m T m T ˜ m { F m j ( Q z T m T ˜ m ,   Q / / ) + R m ˙ F m j ( Q z R m T ˜ m , Q / / ) + R ˜ m ˙ F m j ( Q z T m R ˜ m ,   Q / / ) + R m R ˜ m ˙ F m j ( Q z R m R ˜ m , Q / / ) }
Figure DE112010001894B4_0058
If the formula (32) is rewritten with this, the following expression follows.
[Formula 35] ψ ˜ f ( β ) | V | ψ i ( a ) = right c P j m T m T ˜ m { f m j ( Q e.g T m T ˜ m ) + R m ˙ f m j ( Q e.g R m T ˜ m ) + R ˜ m ˙ f m j ( Q e.g T m R ˜ m ) + R m R ˜ m ˙ f m j ( Q e.g R m R ˜ m ) } e i ( Q x X j + Q y Y j ) = right c P j f j D W B A ( a , β , Q / / ) e i ( Q x X j + Q y Y j )
Figure DE112010001894B4_0057
f j D W B A ( a , β , Q / / ) m T m T ˜ m { f m j ( Q e.g T m T ˜ m , Q / / ) + R m ˙ f m j ( Q e.g R m T ˜ m , Q / / ) + R ˜ m ˙ f m j ( Q e.g T m R ˜ m , Q / / ) + R m R ˜ m ˙ f m j ( Q e.g R m R ˜ m , Q / / ) }
Figure DE112010001894B4_0058

Hier, selbst wenn die Mikrostruktur, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, eine ein- oder mehrschichtige Struktur ist, kann die Streuamplitude berechnet werden. Die folgende Struktur ist ein Beispiel der Mikrostruktur, bei der eine Mehrzahl von Schichten ausgebildet ist, wie es oben beschrieben ist.Here, even if the microstructure formed on the surface is a single-layer or multi-layer structure, the scattering amplitude can be calculated. The following structure is an example of the microstructure in which a plurality of layers are formed as described above.

11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell 147 zeigt, das eine Struktur aufweist, in der sich mit Änderung der Höhe die Materialzusammensetzungen unterscheiden. Wie es in 11 gezeigt ist, unterscheiden sich in dem Probenmodell 147 die Materialzusammensetzungen eines Endabschnitts 147a eines konvexen Abschnitts und die Materialzusammensetzungen eines Basisabschnitts 147b des konvexen Abschnitts und eines Substratkörperabschnitts voneinander. Unter Berücksichtigung des Endabschnitts 147a als eine Schicht L1, und des Basisabschnitts 147b als eine Schicht L2, wird die Berechnung einfach. 12 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Probenmodell 148 zeigt, das eine Stufe in dem konvexen Abschnitt aufweist. Wie es in 12 gezeigt ist, ist in dem Probenmodell 148 die Stufe zwischen einem Endabschnitt 148a des konvexen Abschnitts und einem Basisabschnitt 158b des konvexen Abschnitts vorhanden. Diesbezüglich kann der Abschnitt 148a als die Schicht L1 angesehen werden, und der Basisabschnitt 148b kann als Schicht L2 angesehen werden. Ferner ist 13 eine Querschnittsansicht, die ein Probenmodell 149 zeigt, in dem eine Abdeckschicht 149a neu auf einer Mikrostruktur 149b ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Abdeckschicht 149a als Schicht L1 angesehen werden, und die Mikrostruktur 149b kann als Schicht L2 angesehen werden. In einem solchen Fall ist ein Mehrfachschicht-Strukturmodell effektiv. 11 14 is a cross-sectional view showing a sample model 147 having a structure in which material compositions differ as the height changes. like it in 11 1, in the sample model 147, the material compositions of an end portion 147a of a convex portion and the material compositions of a base portion 147b of the convex portion and a substrate body portion are different from each other. Considering the end portion 147a as a layer L1, and the base portion 147b as a layer L2, the calculation becomes easy. 12 14 is a cross-sectional view showing a sample model 148 having a step in the convex portion. like it in 12 1, in the sample model 148, the step exists between a convex portion end portion 148a and a convex portion base portion 158b. this Additionally, portion 148a can be considered layer L1 and base portion 148b can be considered layer L2. Furthermore 13 14 is a cross-sectional view showing a sample model 149 in which a cap layer 149a is newly formed on a microstructure 149b. In this case, the capping layer 149a can be considered as layer L1 and the microstructure 149b can be considered as layer L2. In such a case, a multilayer structural model is effective.

Wenn eine Fluktuation der periodischen Struktur vorliegt, wenn eine Summe bezüglich j erhalten wird, wird die Positionskoordinate für jede Zelle, wie es in der folgenden Gleichung gezeigt ist, in eine mittlere Position und eine Versetzung unterteilt, die von der Fluktuation herrührt, und somit wird ein Streuquerschnitt (Streuintensität) berechnet.
[Formel 36]

  • Mittlere Position X j = (X j, Y j)
  • Versetzung u(Xj)= (ux(Xj, Yj), uy(Xj, Yj))
When there is a fluctuation of the periodic structure, when a sum with respect to j is obtained, the position coordinate for each cell is divided into an average position and an offset resulting from the fluctuation as shown in the following equation, and thus becomes a scattering cross-section (scattering intensity) is calculated.
[Formula 36]
  • middle position X j = ( X j , Y j )
  • Displacement u(X j )= (u x (X j , Y j ), u y (X j , Y j ))

In diesem Fall können die Gleichungen (12'), (16'), (17') und dergleichen ohne Weiterverarbeitung angewendet werden.
[Formel 37] I ( α ,   β ,   Q / / ) = ( r c P ) 2   N { | F D W B A | 2 + | F D W B A | 2 | k | 1 e i Q / / ( u ( X j ) u ( X k ) ) j e i Q / / ( X ¯ j X ¯ j + k ) }

Figure DE112010001894B4_0059
I ( α ,   β ,   Q / / ) = ( r c P ) 2   N { | F D W B A | 2 + | F D W B A | 2 e Q u 2 Δ u 2 2 | k | 1 e i Q / / ( X ¯ j X ¯ j + k ) }
Figure DE112010001894B4_0060
I ( α ,   β ,   Q / / ) = ( r c P ) 2   N { | F D W B A | 2 + | F D W B A | 2 | k | 1 e i Q / / ( X ¯ j X ¯ j + k ) e Q u 2 2 a 2 ( 1 cos ( 2 π | Δ X k | p ) ) 2 }
Figure DE112010001894B4_0061

〈FDWBA〉
Mittelwert von FDWBA bezüglich Abweichungen zwischen den Struktureinheiten j
〈|FDWBA|2〉
Mittelwert von |FDWBA |2 bezüglich Abweichungen zwischen den Struktureinheiten j
In this case, equations (12'), (16'), (17'), and the like can be applied without further processing.
[Formula 37] I ( a , β , Q / / ) = ( right c P ) 2 N { | f D W B A | 2 + | f D W B A | 2 | k | 1 e i Q / / ( and ( X j ) and ( X k ) ) j e i Q / / ( X ¯ j X ¯ j + k ) }
Figure DE112010001894B4_0059
I ( a , β , Q / / ) = ( right c P ) 2 N { | f D W B A | 2 + | f D W B A | 2 e Q and 2 Δ and 2 2 | k | 1 e i Q / / ( X ¯ j X ¯ j + k ) }
Figure DE112010001894B4_0060
I ( a , β , Q / / ) = ( right c P ) 2 N { | f D W B A | 2 + | f D W B A | 2 | k | 1 e i Q / / ( X ¯ j X ¯ j + k ) e Q and 2 2 a 2 ( 1 cos ( 2 π | Δ X k | p ) ) 2 }
Figure DE112010001894B4_0061
〈FDWBA〉
Mean value of F DWBA regarding deviations between the structural units j
〈|FDWBA|2〉
Mean of |F DWBA | 2 regarding deviations between the structural units j

14 ist ein Diagramm, das eine Ausgabe der Streuintensität von einer Position einer berechneten periodischen Summe zeigt, wenn in dem Beispiel der Gleichung (40) die Periode der Störung p = 2 ist. Peaks, die in Positionen auftauchen, wo die Werte des Streuvektors Q Vielfache von 0,1 sind, resultieren von der ursprünglichen periodischen Struktur her. Etwas schwächere Peaks, die in den Zwischenpositionen davon auftauchen, rühren von der periodischen Störung her. 14 13 is a diagram showing an output of the scattering intensity from a position of a calculated periodic sum when the period of the noise is p=2 in the example of the equation (40). Peaks appearing in positions where the values of the scattering vector Q are multiples of 0.1 result from the original periodic structure. Slightly weaker peaks appearing in the intermediate positions thereof are due to the periodic disturbance.

Die spezifische Berechnung des Formfaktors FDWBA , der den Einheitsstrukturen entspricht und der entwickelt ist bzw. erweitert ist, wird im Folgenden beschrieben. Hier bezieht sich der Ausdruck „entwickelt“ auf die Tatsache, dass, wie es in der Gleichung (36) gezeigt ist, Reflexion und Beugung auf der Oberfläche basierend auf DWBA berücksichtigt wird; es sollte bemerkt werden, dass der Formfaktor FDWBA eine Funktion ist, die nicht nur direkt vom Streuvektor Q sondern auch vom Einfallswinkel α und dem Ausgangswinkel β abhängt. Da die Elemente der Gleichung (36) durch die Gleichung (35) gegeben sind, werden zunächst einige spezifische Beispiele bestimmt.The specific calculation of the form factor F DWBA corresponding to the unit structures that is developed is described below. Here, the term "designed" refers to the fact that, as shown in Equation (36), reflection and diffraction on the surface is taken into account based on DWBA; it should be noted that the form factor F DWBA is a function that depends not only directly on the scattering vector Q but also on the angle of incidence α and the angle of exit β. Since the elements of Equation (36) are given by Equation (35), some specific examples will first be determined.

(Zylindrische Gestalt (Höhe H und Radius A))(Cylindrical shape (height H and radius A))

Hier, da die Höhe des Zylinders innerhalb des Radius A konstant H ist, kann die folgende analytische Lösung erhalten werden.
[Formel 38] F j ( Q z a ,   Q / / ) = r < a e i Q z a H 1 i Q z a e i ( Q x x j + Q y y j ) d x j   d y j = e i Q z a H 1 i Q z a 0 2 π d θ 0 a r d r   e i Q / / r  cos θ = 2 π a   e i Q z a H 1 i Q z a J ( a Q / / ) Q / /   ( Q / / = | Q / / | )

Figure DE112010001894B4_0062
Here, since the height of the cylinder is constant H within the radius A, the following analytical solution can be obtained.
[Formula 38] f j ( Q e.g a , Q / / ) = right < a e i Q e.g a H 1 i Q e.g a e i ( Q x x j + Q y y j ) i.e x j i.e y j = e i Q e.g a H 1 i Q e.g a 0 2 π i.e θ 0 a right i.e right e i Q / / right cos θ = 2 π a e i Q e.g a H 1 i Q e.g a J ( a Q / / ) Q / / ( Q / / = | Q / / | )
Figure DE112010001894B4_0062

(Eindimensionales, trapezoidförmiges Gitter)(One-dimensional trapezoidal lattice)

Anschließend sei ein eindimensionales Gitter betrachtet, das eine unendlich lange trapezoidförmige Gestalt in der x-Richtung aufweist. Hier kann die Integration auch analytisch ausgeführt werden, und der folgende Formfaktor kann erhalten werden.
[Formel 39] F j ( Q z a ,   Q / / ) = L Y 2 L Y 2 e i Q z a Z ( y j ) 1 i Q z a e i Q y y j d y j e i Q x x d x = 2 π δ ( Q x ) [ e i W b 2 Q y e i ( Q z a W b W t 2 H Q y ) H 1 i ( Q z a W b W t 2 H Q y ) e i W b 2 Q y e i ( Q z a + W b W t 2 H Q y ) H 1 i ( Q z a + W b W t 2 H Q y ) ]

Figure DE112010001894B4_0063
wobei Parameter des Trapezoids die Länge Wt der oberen Seite, die Länge Wb der unteren Seite und die Höhe H sind.Next, consider a one-dimensional lattice that has an infinitely long trapezoidal shape in the x-direction. Here the integration can also be performed analytically and the following form factor can be obtained.
[Formula 39] f j ( Q e.g a , Q / / ) = L Y 2 L Y 2 e i Q e.g a Z ( y j ) 1 i Q e.g a e i Q y y j i.e y j e i Q x x i.e x = 2 π δ ( Q x ) [ e i W b 2 Q y e i ( Q e.g a W b W t 2 H Q y ) H 1 i ( Q e.g a W b W t 2 H Q y ) e i W b 2 Q y e i ( Q e.g a + W b W t 2 H Q y ) H 1 i ( Q e.g a + W b W t 2 H Q y ) ]
Figure DE112010001894B4_0063
where parameters of the trapezoid are the top side length Wt, the bottom side length Wb and the height H.

(Formfaktor in dem Fall einer komplizierten Formfunktion)(shape factor in the case of a complicated shape function)

Die obigen zwei Beispiele sind Fälle, in denen die Integration analytisch ausgeführt werden kann. Allerdings ist die Ausführung einer solchen Integration im Allgemeinen nicht einfach. Folglich wird ein Verfahren betrachtet, das für eine komplizierte Form angewendet werden kann. Beispielsweise, da in einem eindimensionalen Gitter, das die Struktur aufweist, in der die Gate-Struktur eines LSI modelliert wird, und die in 9 gezeigt ist, es unmöglich ist, eine analytische Integration auszuführen, ist es notwendig, den Formfaktor der Gleichung (35) durch eine diskrete numerische Integration zu berechnen und die Streuintensität zu bestimmen. Hier ist es im Hinblick auf die tatsächliche Ausführung notwendig, die Integration so effektiv wie möglich durchzuführen. Bevor die Berechnung spezifisch ausgeführt wird, werden die Merkmale der Gleichungen (38) bis (40) beschrieben. In jedem Fall erscheinen die Beugungspeaks, die von der periodischen Struktur, die in 14 gezeigt ist, herrühren, und die Röntgenstreuintensität, welche die Oberflächennanostruktur widerspiegelt, wird lediglich in den Beugungspeaks beobachtet. Folglich wird die Berechnung der Streuintensität vorzugsweise lediglich in einem solchen Beugungswinkel durchgeführt, in dem der Streuvektor Q// parallel zur Oberfläche die Streubedingungen 2Lsinθ = hλ genügt. In diesem Fall, wie es unten gezeigt ist, ist es möglich, die „Fast Fourier Transformation“ (FFT), das die Fourier-Transformation einer periodischen Struktur ist, effektiv zu nutzen.
[Formel 40] F j ( Q z a ,   Q x ,   Q y ) = L Y 2 L Y 2 e i Q z a Z j ( y j ) 1 i Q z a e i Q y y j d y e i Q x x d x = 2 π δ ( Q x ) L Y 2 L Y 2 e i Q z a Z j ( y j ) 1 i Q z a e i Q y y j d y j

Figure DE112010001894B4_0064
L Y 2 L Y 2 e i Q z a Z j ( y j ) 1 i Q z a e i Q y y j d y j s = n 1 2 s = n 1 2 e i Q z a Z j ( Δ y s ) 1 i Q z a e i ( Δ Q y h ) ( Δ y s ) Δ y F j ( Q z a h ) = Δ y s = n 1 2 s = n 1 2 e i Q z a Z j ( Δ y s ) 1 i Q z a e 2 π h s n ( Δ y = L Y 2 ,   Δ Q y = 2 π L Y ) ( n ,   s ,   h : Integer )
Figure DE112010001894B4_0065
The above two examples are cases where the integration can be performed analytically. However, performing such an integration is generally not easy. Therefore, a method that can be applied to a complicated shape is considered. For example, since in a one-dimensional lattice having the structure in which the gate structure of an LSI is modeled and the in 9 as shown, it is impossible to perform analytical integration, it is necessary to calculate the form factor of equation (35) by discrete numerical integration and determine the scattering intensity. Here, in view of the actual execution, it is necessary to perform the integration as effectively as possible. Before the calculation is specifically carried out, the features of equations (38) to (40) will be described. In any case, the diffraction peaks appear, which are due to the periodic structure contained in 14 shown, and the X-ray scattering intensity reflecting the surface nanostructure is only observed in the diffraction peaks. Consequently, the calculation of the scattering intensity is preferably carried out only in such a diffraction angle in which the scattering vector Q// parallel to the surface satisfies the scattering conditions 2Lsinθ=hλ. In this case, as shown below, it is possible to effectively use Fast Fourier Transform (FFT), which is the Fourier transform of a periodic structure.
[Formula 40] f j ( Q e.g a , Q x , Q y ) = L Y 2 L Y 2 e i Q e.g a Z j ( y j ) 1 i Q e.g a e i Q y y j i.e y e i Q x x i.e x = 2 π δ ( Q x ) L Y 2 L Y 2 e i Q e.g a Z j ( y j ) 1 i Q e.g a e i Q y y j i.e y j
Figure DE112010001894B4_0064
L Y 2 L Y 2 e i Q e.g a Z j ( y j ) 1 i Q e.g a e i Q y y j i.e y j s = n 1 2 s = n 1 2 e i Q e.g a Z j ( Δ y s ) 1 i Q e.g a e i ( Δ Q y H ) ( Δ y s ) Δ y f j ( Q e.g a H ) = Δ y s = n 1 2 s = n 1 2 e i Q e.g a Z j ( Δ y s ) 1 i Q e.g a e 2 π H s n ( Δ y = L Y 2 , Δ Q y = 2 π L Y ) ( n , s , H : integer )
Figure DE112010001894B4_0065

Hier wurde gefunden, dass aus der Gleichung (45), welche die Beugungsbedingungen darstellt, und der Definition, Gleichung (46) die Peakpositionen der Beugung liefert.
[Formel 41] Q y = 4 π sin  θ / λ

Figure DE112010001894B4_0066
Δ Q y h = 2 π / L Y h
Figure DE112010001894B4_0067
Here, it was found that from Equation (45) showing the diffraction conditions and the definition, Equation (46) gives the peak positions of diffraction.
[Formula 41] Q y = 4 π sin θ / λ
Figure DE112010001894B4_0066
Δ Q y H = 2 π / L Y H
Figure DE112010001894B4_0067

Im Besonderen kann bei einer Querschnittsform-Funktion Z(y), die durch FFT gegeben wird, gezeigt in Gleichung (44), die Streuintensität in allen Beugungspeakpositionen für die Werte von Qz a gleichzeitig berechnet werden. Obwohl in der obigen Beschreibung das eindimensionale Gitter, das in der x-Richtung endlos kontinuierlich ist, betrachtet wurde, folgt, wenn dieses in eine zweidimensionale Struktur Z(x,y) erweitert wird, die unten stehende Gleichung.
[Formel 42] F j ( Q z a ,   Q x ,   Q y ) = L Y 2 L Y 2 L X 2 L X 2 e i Q z a Z j ( x j ,   y j ) 1 i Q z a e i ( Q x x j + Q y y j ) d x j   d y j t = m 1 2 t = m 1 2 s = n 1 2 s = n 1 2 e i Q z a Z j ( Δ x s   Δ y t ) 1 i Q z a e i ( Δ Q x h ) ( Δ x s ) e i ( Δ Q y k ) ( Δ y t ) Δ x Δ y F j ( Q z a ,   h ,   k ) = Δ x Δ y t = m 1 2 t = m 1 2 s = n 1 2 s = n 1 2 e i Q z a Z j ( Δ x s   Δ y t ) 1 i Q z a e 2 π i h s n e 2 π   i k t m ( Δ x = L X n ,   Δ Q x = 2 π L X ,   Δ y = L Y m ,   Δ Q y = 2 π L Y ,   n ,   m ,   s ,   t ,   h ,   k : Integer  )

Figure DE112010001894B4_0068
In particular, given a cross-sectional shape function Z(y) given by FFT shown in equation (44), the scattering intensity in all diffraction peak positions for the values of Q z a can be calculated simultaneously. Although the one-dimensional lattice endlessly continuous in the x-direction has been considered in the above description, when this is expanded into a two-dimensional structure Z(x,y), the equation below follows.
[Formula 42] f j ( Q e.g a , Q x , Q y ) = L Y 2 L Y 2 L X 2 L X 2 e i Q e.g a Z j ( x j , y j ) 1 i Q e.g a e i ( Q x x j + Q y y j ) i.e x j i.e y j t = m 1 2 t = m 1 2 s = n 1 2 s = n 1 2 e i Q e.g a Z j ( Δ x s Δ y t ) 1 i Q e.g a e i ( Δ Q x H ) ( Δ x s ) e i ( Δ Q y k ) ( Δ y t ) Δ x Δ y f j ( Q e.g a , H , k ) = Δ x Δ y t = m 1 2 t = m 1 2 s = n 1 2 s = n 1 2 e i Q e.g a Z j ( Δ x s Δ y t ) 1 i Q e.g a e 2 π i H s n e 2 π i k t m ( Δ x = L X n , Δ Q x = 2 π L X , Δ y = L Y m , Δ Q y = 2 π L Y , n , m , s , t , H , k : integer )
Figure DE112010001894B4_0068

Es wird ein Beispiel der Berechnung der Streuintensität mittels Verwendung des Berechnungsverfahrens mit der Gleichung (47), wenn eine komplizierte Querschnittsgestalt vorgesehen ist, bei der die analytische Integration, die in 9 gezeigt ist, nicht ausgeführt werden kann, gezeigt. Hier wird unter Berücksichtigung nicht nur der Form des Trapezoids, sondern auch der Rundheit jedes Rands, ausgewertet, welche Effekte auf das Streumuster ausgeübt werden. Die 15 und 17 sind Querschnittsansichten von Probenmodellen, welche einen Linienabschnitt aufweisen, dessen Querschnitt trapezoidförmig ist. Verglichen mit dem Modell, das in 15 gezeigt ist, ist in dem Modell, das in 17 gezeigt ist, die Form des Basisabschnitts deutlich abgeändert. Die 16 und 18 sind entsprechende Diagramme, welche die Resultate von Simulationen zeigen, die an den Modellen, die in den 15 und 17 gezeigt sind, ausgeführt wurden. Es ist ersichtlich, dass der Unterschied der Querschnittsgestalt einen deutlichen Unterschied des Streumusters bewirkt.An example of calculating the scattering intensity by using the calculation method with Equation (47) when a complicated cross-sectional shape is provided in which the analytic integration shown in 9 shown cannot be executed. Here, considering not only the shape of the trapezoid but also the roundness of each edge, what effects are exerted on the scattering pattern is evaluated. The 15 and 17 12 are cross-sectional views of sample models having a line segment whose cross section is trapezoidal. Compared to the model that is in 15 shown is in the model presented in 17 as shown, the shape of the base portion is significantly modified. The 16 and 18 are corresponding diagrams showing the results of simulations performed on the models presented in 15 and 17 are shown have been carried out. It can be seen that the difference in cross-sectional shape causes a clear difference in the scattering pattern.

(Probenmodell, in dem eine Oberflächenschicht mit einer einzigen Schicht oder einer Mehrzahl von Schichten bedeckt ist)(Sample model in which a surface layer is covered with a single layer or a plurality of layers)

Das Verfahren zur Verwendung des Strukturfaktors in der komplizierten Formfunktion, das oben beschrieben ist, kann auch für ein Probenmodell angewendet werden, bei dem eine Oberflächenschicht mit einer einzigen Schicht oder einer Mehrzahl von Schichten (Filmen) abgedeckt ist. 19 ist eine Querschnittsansicht eines Probenmodells, das einen Linienabschnitt aufweist, dessen Oberfläche mit einer Schicht bedeckt ist. 20 ist ein Diagramm, welches das Resultat einer Simulation zeigt, das an dem Modell der 19 ausgeführt wurde. Wie es in 20 gezeigt ist, sind in einem solchen Probenmodell ein Kernabschnitt (ein erster substantieller Bereich), in dem Trapezoiden gleichförmig in der parallelen x-Richtung ausgebildet sind, und ein oder mehrere Schichtabschnitte (ein zweiter substantieller Bereich), die in der Form von Schichten auf dem Kernabschnitt ausgebildet sind, als die Einheitsstruktur auf der Probenoberfläche ausgebildet. Die Materialzusammensetzungen der Schichtabschnitte unterscheiden sich von denen des Kernabschnitts. Die Schichtabschnitte können mit einer Mehrzahl von Filmen ausgebildet sein. Es ist möglich, die Röntgenstreuintensität an einem solchen Probenmodell zu berechnen.The method of using the structure factor in the complicated shape function described above can also be applied to a sample model in which a surface layer is covered with a single layer or a plurality of layers (films). 19 is a cross sectional view of a sample model, which has a line segment, the surface of which is covered with a layer. 20 Fig. 12 is a diagram showing the result of a simulation performed on the model of 19 was executed. like it in 20 is shown, in such a sample model, a core portion (a first substantial area) in which trapezoids are formed uniformly in the parallel x-direction and one or more layer portions (a second substantial area) formed in the form of layers on the core portion are formed as the unit structure on the sample surface. The material compositions of the layer sections are different from those of the core section. The layered portions may be formed with a plurality of films. It is possible to calculate the X-ray scattering intensity on such a sample model.

Wenn beim Herstellungsverfahren von verschiedenen Einrichtungen ein Element, das durch Beschichten mit einer Grenzschicht oder einer Metallschicht auf einer Linien- und Raumstruktur ausgebildet wird, inspiziert wird, wird vorzugsweise ein dünner Film auf einer Linie, einer Seitenwand und einem Bodenabschnitt ausgebildet, sodass die Dicke des Films so konstant wie möglich ist. In diesem Fall ist es mit dem oben beschriebenen Probenmodell möglich, eine nicht destruktive Messung zum Bestimmen, ob der Film gleichförmig auf der Linie, der Seitenwand und dem Bodenabschnitt ausgebildet ist, auszuführen.In the manufacturing process of various devices, when inspecting a member formed by coating an interface layer or a metal layer on a line and space structure, a thin film is preferably formed on a line, a side wall and a bottom portion so that the thickness of the film is as constant as possible. In this case, with the sample model described above, it is possible to carry out non-destructive measurement for determining whether the film is formed uniformly on the line, the side wall and the bottom portion.

(Probenmodell, das einen Linienabschnitt aufweist, wo eine asymmetrische Seitenwand ausgebildet ist)(Sample model having a line section where an asymmetric side wall is formed)

Das Verfahren zur Verwendung des Strukturfaktors in der komplizierten Formfunktion kann auch für ein Probenmodell angewendet werden, das einen Linienabschnitt aufweist, in dem eine asymmetrische Seitenwand ausgebildet ist. 21 ist eine Querschnittsansicht des Probenmodells, das den Linienabschnitt aufweist, in dem die asymmetrische Seitenwand ausgebildet ist. 22 ist ein Diagramm, welches das Resultat einer Simulation zeigt, die an dem Modell der 21 ausgeführt wurde. Wie es in 21 gezeigt ist, selbst wenn das Probenmodell die Einheitsstruktur aufweist, in der eine Querschnittsform senkrecht auf der x-Richtung parallel zur Probenoberfläche in asymmetrische Trapezoiden ausgebildet ist, ist es möglich, die Röntgenstreuintensität zu berechnen. In dem obigen Beispiel ist eine Linien- und Raumstruktur gleichförmig in der x-Richtung parallel zur Probenoberfläche ausgebildet.The method of using the structure factor in the complicated shape function can also be applied to a sample model having a line portion in which an asymmetric side wall is formed. 21 Fig. 14 is a cross-sectional view of the sample model having the line portion in which the asymmetric side wall is formed. 22 Fig. 12 is a diagram showing the result of a simulation performed on the model of 21 was executed. like it in 21 shown, even when the sample model has the unit structure in which a cross-sectional shape perpendicular to the x-direction parallel to the sample surface is formed into asymmetric trapezoids, it is possible to calculate the X-ray scattering intensity. In the above example, a line and space structure is formed uniformly in the x-direction parallel to the sample surface.

Wenn Linien mit einem Fotolack ausgebildet sind, werden die anderen Abschnitte weggeätzt, und somit wird eine Linien- und Raumstruktur ausgebildet, wobei eine asymmetrische Seitenwandstruktur durch anisotropisches Aussetzen zu einem Ätzgas oder dergleichen ausgebildet werden kann. Selbst in diesem Fall ist es mit dem oben beschriebenen Probenmodell möglich, eine ausreichende Detektionsempfindlichkeit bezüglich der Asymmetrie des Seitenwandwinkels zu haben. Folglich ist es möglich, diese als Beobachtung eines Prozesses, in dem erwartet wird, das Asymmetrie eine Rolle spielt, zu nutzen.When lines are formed with a resist, the other portions are etched away, and thus a line and space structure is formed, and an asymmetric sidewall structure can be formed by anisotropic exposure to an etching gas or the like. Even in this case, with the sample model described above, it is possible to have sufficient detection sensitivity to the asymmetry of the sidewall angle. Consequently, it is possible to use this as an observation of a process in which asymmetry is expected to play a role.

Beispieleexamples

[Resultate eines Experiments][Results of an experiment]

Es wurde ein Experiment durchgeführt, mittels Verwendung einer Probe, in der die Einheitsstrukturen eine sich wiederholende periodische Struktur aufweisen. Als Probe wurde eine Probe verwendet, deren Mikrostruktur als akkurat bestimmt wurde, d.h. mit der eine Kalibrierung durchgeführt wird. 23 und 24 sind jeweils ein SEM-Foto von oben und ein TEM-Foto im Querschnitt. Wie es in den 23 und 24 gezeigt ist, sind auf der Oberfläche der Probe Linienabschnitte 146a, die in der x-Richtung gleichförmige Querschnittsformen aufweisen, als sich wiederholende Einheiten ausgebildet, sodass diese in der y-Richtung gleichförmig beabstandet sind. D.h., die Querschnittsgestalt in der yz-Ebene wird analysiert. Ferner sind Raumabschnitte 146b zwischen den Linienabschnitten 146a ausgebildet. Es kann gefunden werden, dass die Gestalt, dessen Querschnitt trapezoidförmig ist, nicht einfach trapezoidförmig ist, sondern runde Abschnitte mit einem bestimmten Krümmungsradius in einem konvexen Endabschnitt 146c einer oberen Seite und einem konkaven Basisabschnitt 146d aufweist.An experiment was conducted by using a sample in which the unit structures have a repetitive periodic structure. A sample was used as the sample, the microstructure of which was determined to be accurate, ie with which a calibration is carried out. 23 and 24 are an SEM photo from above and a TEM photo in cross section. Like it in the 23 and 24 1, on the surface of the sample, line portions 146a having uniform cross-sectional shapes in the x-direction are formed as repeating units so that they are uniformly spaced in the y-direction. That is, the cross-sectional shape in the yz plane is analyzed. Further, space portions 146b are formed between the line portions 146a. It can be found that the shape whose cross section is trapezoidal is not simply trapezoidal but has round portions with a certain radius of curvature in a convex end portion 146c of an upper side and a concave base portion 146d.

25 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Probenmodells der oben beschriebenen Probe zeigt. Das Diagramm ist so dargestellt, dass zusätzlich zu den Merkmalen des Trapezoids, wie beispielsweise die Länge der oberen Seite, die Länge der unteren Seite und die Höhe, Parameter für den Krümmungsradius des konvexen Endabschnitts der oberen Seite und des Krümmungsradius des konkaven Basisabschnitts eingeführt sind, und dass der Krümmungsradius der oben beschriebenen runden Abschnitte wiedergegeben werden kann. 25 Fig. 12 is a diagram showing a cross section of a sample model of the sample described above. The diagram is presented in such a way that in addition to the characteristics of the trapezoid, such as the length of the upper side, the length of the lower side and the height, parameters are introduced for the radius of curvature of the convex end portion of the upper side and the radius of curvature of the concave base portion, and that the radius of curvature of the round sections described above can be reproduced.

Die Röntgenstreuintensität wurde an der obigen Probe tatsächlich gemessen, wobei die Röntgenstreuintensität für das obige Probenmodell berechnet wurde, und somit die optimalen Werte für die Parameter mittels eines Fits erhalten wurden. 26 ist ein Graph, der die tatsächlich gemessene Röntgenstrahlintensität zeigt. In 26 sind Abschnitte, die eine hohe Röntgenstreuintensität aufweisen, mit weiß dargestellt. Demgegenüber ist 27 ein Graph, der eine Röntgenstreuintensität zeigt, die durch Simulation mittels Verwendung der optimalen Parameter berechnet wurde. Wie es in den 26 und 27 gezeigt ist, ist ersichtlich, dass die Streuintensität ungefähr gleich ist.The X-ray scattering intensity was actually measured on the above sample, the X-ray scattering intensity was calculated for the above sample model, and thus the optimal values for the parameters were obtained by means of a fit. 26 Fig. 12 is a graph showing actually measured X-ray intensity. In 26 portions showing high X-ray scattering intensity are shown in white. On the other hand 27 a graph showing an X-ray scattering intensity calculated by simulation using the optimal parameters. Like it in the 26 and 27 is shown, it can be seen that the scattering intensity is approximately the same.

Die 28 und 29 sind entsprechende Graphen, welche die tatsächlich gemessene Röntgenstreuintensität und die berechnete Röntgenstreuintensität an den ersten und dritten Peaks bezüglich der obigen Resultate zeigen. Die Figuren zeigen, dass die tatsächlich gemessenen Werte und die berechneten Werte im Wesentlichen gleich sind. Wie es oben beschrieben ist, wurde festgestellt, dass die Querschnittsform in der yz-Ebene, die durch Bestimmen der Parameter erhalten wurde, im Wesentlichen mit dem Querschnitt des TEM-Fotos, gezeigt in 24, übereinstimmt, und es wurde erkannt, dass das Verfahren zur Messung der Oberflächenmikrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung effektiv ist.

100
Oberflächenmikrostruktur-Messsystem
110
Röntgenstreuungs-Messsystem
113
Monochromator
114 und 115
Kollimationsblock
115a
Probenhalter
116
zweidimensionaler Detektor
117
Strahlstopper
118
Schlitz
119
scharfe Kante
120
Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung
121
Parameterbeschaffungsabschnitt
122
Formelspeicherabschnitt
123
Simulationsabschnitt
124
Fitabschnitt
125
Ausgabeabschnitt
140 und 145
Probe
141 und 146
Probenoberfläche
146a
Linienabschnitte
146b
Raumabschnitt
146c
konvexer Endabschnitt
146d
Basisabschnitt
147, 148 und 149
Probenmodel
147a und 148a
Endabschnitt
147b und 148b
Basisabschnitt
149a
Abdeckschicht
149b
Mikrostruktur
The 28 and 29 are respective graphs showing the actually measured X-ray scattering intensity and the calculated X-ray scattering intensity at the first and third peaks with respect to the above results. The figures show that the actually measured values and the calculated values are essentially the same. As described above, it was found that the cross-sectional shape in the yz plane obtained by determining the parameters corresponds substantially to the cross-section of the TEM photograph shown in FIG 24 , and it has been found that the method of measuring the surface microstructure according to the present invention is effective.
100
Surface Microstructure Measurement System
110
X-ray scattering measurement system
113
monochromator
114 and 115
collimation block
115a
sample holder
116
two-dimensional detector
117
beam stopper
118
slot
119
sharp edge
120
Surface microstructure analyzer
121
parameter acquisition section
122
formula storage section
123
simulation section
124
fit section
125
output section
140 and 145
sample
141 and 146
sample surface
146a
line sections
146b
space section
146c
convex end section
146d
base section
147, 148 and 149
sample model
147a and 148a
end section
147b and 148b
base section
149a
covering layer
149b
microstructure

Claims (13)

Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren zum Messen einer Mikrostruktur (149b) einer Probenoberfläche (141, 146), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bestrahlen der Probenoberfläche (141, 146) mit Röntgenstrahlung in einem streifenden Einfallswinkel und Messen einer Streuintensität; Annehmen eines Probenmodells mit einer Mikrostruktur (149b) auf einer Oberfläche (141, 146), in der eine oder mehrere Schichten in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche (141, 146) ausgebildet sind und Einheitsstrukturen periodisch in einer Richtung parallel zur Oberfläche (141, 146) innerhalb der Schichten angeordnet sind, Berechnen einer Streuintensität von Röntgenstrahlung, die von der Mikrostruktur (149b) gestreut wird, aufgrund der Brechungsindizes der jeweiligen Schichten der einen oder mehreren Schichten in einer Richtung parallel zur Oberfläche (141, 146) innerhalb der Schichten, und Durchführen eines Fits der Streuintensität der von dem Probenmodell berechneten Röntgenstrahlung an die gemessene Streuintensität; und Bestimmen, als ein Resultat des Fits, eines optimalen Werts eines Parameters zum Spezifizieren einer Gestalt der Einheitsstrukturen, bei dem unter der Annahme, dass die Einheitsstrukturen Fluktuationen der Positionen relativ zu einer exakten periodischen Position aufweisen und die Fluktuationen der Positionen lediglich von einer relativen Positionsrelation zwischen den Einheitsstrukturen abhängen, die Streuintensität der Röntgenstrahlen berechnet wird, bei dem die Einheitsstrukturen durch einen gleichförmigen substantiellen Bereich und einen gleichförmigen Leerbereich in den Schichten ausgebildet sind, und die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die von dem gleichförmigen substantiellen Bereich bewirkt wird, berechnet wird.A surface microstructure measuring method for measuring a microstructure (149b) of a sample surface (141, 146), the method comprising the steps of: irradiating the sample surface (141, 146) with X-rays at a grazing incidence angle and measuring a scattering intensity; Assuming a sample model having a microstructure (149b) on a surface (141, 146) in which one or more layers are formed in a direction perpendicular to the surface (141, 146) and unit structures are formed periodically in a direction parallel to the surface (141, 146 ) are arranged within the layers, calculating a scattering intensity of X-rays scattered by the microstructure (149b) based on the refractive indices of the respective layers of the one or more layers in a direction parallel to the surface (141, 146) within the layers, and performing a fit of the scattering intensity of the X-ray radiation calculated from the sample model to the measured scattering intensity; and determining, as a result of the fitting, an optimal value of a parameter for specifying a shape of the unit structures, in which assuming that the unit structures have fluctuations in positions relative to an exact periodic position and the fluctuations in positions only from a relative positional relation between the unit structures, the scattering intensity of the X-rays is calculated in which the unit structures are formed by a uniform substantial area and a uniform void area in the layers, and the scattering intensity of the X-rays caused by the uniform substantial area is calculated. Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren nach Anspruch 1, bei dem unter der Annahme, dass die Einheitsstrukturen Fluktuationen der Positionen relativ zu einer exakten periodischen Position aufweisen und die Fluktuationen der Positionen nicht von der Differenz zwischen entsprechenden Positionen abhängen und zufällig sind, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet wird.Surface microstructure measurement method claim 1 , in which, assuming that the unit structures have fluctuations in positions relative to an exact periodic position and the fluctuations in positions do not depend on the difference between respective positions and are random, the X-ray scattering intensity is calculated. Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem, wenn die Fluktuationen der Positionen der Einheitsstrukturen eine Periodizität aufweisen, unter Verwendung einer Amplitude und einer Periode der Fluktuationen der Positionen zum Ausdrücken eines mittleren Quadrats der Fluktuationen der Positionen der Einheitsstrukturen die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet wird.Surface microstructure measuring method according to any one of the preceding claims, wherein when the fluctuations in the positions of the unit structures have a periodicity, using an amplitude and a period of the fluctuations in the positions to express a mean square of the fluctuations in the positions of the unit structures, the scattering intensity of the X-ray is calculated becomes. Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen den substantiellen Bereich innerhalb eines Zylinders aufweisen, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet wird.A surface microstructure measuring method according to any one of the preceding claims, wherein in a sample model in which the unit structures have the substantial area within a cylinder, the scattering intensity of the X-ray is calculated. Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen den substantiellen Bereich innerhalb eines Trapezoids aufweisen, das in einer x-Richtung parallel zur Probenoberfläche (141, 146) gleichförmig ist, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet wird.Surface microstructure measurement method according to one of Claims 1 until 3 wherein in a sample model in which the unit structures have the substantial area within a trapezoid uniform in an x-direction parallel to the sample surface (141, 146), the scattering intensity of the X-ray is calculated. Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen den gleichförmigen substantiellen Bereich in einer x-Richtung parallel zur Probenoberfläche (141, 146) aufweisen und in einer y-Richtung parallel zur Probenoberfläche (141, 146) und senkrecht zur x-Richtung in Elemente unterteilt sind, ein Integral durch eine Summe der Elemente approximiert wird, und somit die Streuintensität der Röntgenstreuung berechnet wird.Surface microstructure measurement method according to one of Claims 1 until 3 , wherein in a sample model in which the unit structures have the uniform substantial area in an x-direction parallel to the sample surface (141, 146) and in a y-direction parallel to the sample surface (141, 146) and perpendicular to the x-direction in elements are divided, an integral is approximated by a sum of the elements, and thus the scattering intensity of X-ray scattering is calculated. Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren nach Anspruch 6, bei dem ein Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen einen substantiellen Bereich aufweisen, der eine gleichförmige Querschnittsstruktur in der x-Richtung aufweist, angenommen wird, entweder ein Krümmungsradius eines konvexen Endabschnitts beider Enden einer oberen Seite oder ein Krümmungsradius eines konkaven Basisabschnitts beider Enden einer unteren Seite der Querschnittsform in einem Parameter enthalten ist und somit die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet wird.Surface microstructure measurement method claim 6 , in which a sample model in which the unit structures have a substantial area having a uniform cross-sectional structure in the x-direction is assumed, either a radius of curvature of a convex end portion of both ends of an upper side or a radius of curvature of a concave base portion of both ends of a lower one Side of the cross-sectional shape is contained in a parameter and thus the scattering intensity of the X-ray radiation is calculated. Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren nach Anspruch 6, bei dem in einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen einen ersten substantiellen Bereich, der in einer Form eines Trapezoids ausgebildet ist, das in der x-Richtung gleichförmig ist, und einen oder mehrere zweite substantielle Bereiche aufweisen, dessen Element an Material sich von einem Element an Material des ersten substantiellen Bereichs unterscheidet, und die in Schichten auf dem ersten substantiellen Bereich ausgebildet sind, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet wird.Surface microstructure measurement method claim 6 , wherein in a sample model in which the unit structures have a first substantial region formed in a shape of a trapezoid uniform in the x-direction and one or more second substantial regions whose element of material differs from a element of material of the first substantial region, and which are formed in layers on the first substantial region, the scattering intensity of the X-ray is calculated. Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren nach Anspruch 6, bei dem in einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen den substantiellen Bereich aufweisen, der in der x-Richtung gleichförmig ist, und in dem eine Querschnittsgestalt senkrecht zur x-Richtung asymmetrisch trapezoidförmig ist, die Streuintensität der Röntgenstrahlung berechnet wird.Surface microstructure measurement method claim 6 in which, in a sample model in which the unit structures have the substantial region uniform in the x-direction and in which a cross-sectional shape perpendicular to the x-direction is asymmetrically trapezoidal, the X-ray scattering intensity is calculated. Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in einem Probenmodell, in dem die Einheitsstrukturen einen substantiellen Bereich aufweisen, der eine periodische Struktur sowohl in einer x-Richtung parallel zur Probenoberfläche (141, 146) als auch einer y-Richtung parallel zur Probenoberfläche (141, 146) und senkrecht zur x-Richtung aufweist und in der x- und y-Richtung parallel zur Probenoberfläche (141, 146) in Elemente unterteilt ist, die Streuintensität der Röntgenstrahlung von jedem der Elemente mittels einer Summe der Elemente integriert wird.Surface microstructure measurement method according to one of Claims 1 until 3 , in which in a sample model in which the unit structures have a substantial region that has a periodic structure in both an x-direction parallel to the sample surface (141, 146) and a y-direction parallel to the sample surface (141, 146) and perpendicular to the x-direction and divided into elements in the x- and y-directions parallel to the sample surface (141, 146), the scattering intensity of the X-ray from each of the elements is integrated by a sum of the elements. Oberflächenmikrostruktur-Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem unter Berücksichtigung der Effekte der Beugung und Spiegelung, die durch mehrere verschiedene Schichten in dem Probenmodell erzeugt werden, die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die durch die Mikrostruktur (149b) gestreut wird, berechnet wird.Surface microstructure measuring method according to any one of the preceding claims, wherein the scattering intensity of the X-rays scattered by the microstructure (149b) is calculated taking into account the effects of diffraction and reflection produced by several different layers in the sample model. Verfahren zur Datenanalyse einer Oberflächenmikrostrukturmessung zum Messen einer Mikrostruktur (149b) auf einer Probenoberfläche (141, 146), wobei das Verfahren einen Computer veranlasst, die Schritte auszuführen: Annehmen eines Probenmodells mit einer Mikrostruktur (149b) auf einer Oberfläche (141, 146), in der eine oder mehrere Schichten in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche (141, 146) ausgebildet sind und Einheitsstrukturen in einer Richtung parallel zur Oberfläche (141, 146) innerhalb der Schichten periodisch angeordnet sind, Berechnen einer Streuintensität von Röntgenstrahlung, die von der Mikrostruktur (149b) gestreut wird, unter Berücksichtigung von Beugungs- und Reflexionseffekten, die von den Schichten erzeugt werden, aufgrund der Brechungsindizes der jeweiligen Schichten der einen oder mehreren Schichten in der Richtung senkrecht zur Oberfläche (141, 146), und Durchführen eines Fits der Streuintensität der von dem Probenmodell berechneten Röntgenstrahlung an eine Streuintensität, die durch Bestrahlen der Probenoberfläche (141, 146) mit Röntgenstrahlung in einem streifenden Einfallswinkel tatsächlich gemessen wird; und Bestimmen, als ein Resultat des Fits, eines optimalen Werts eines Parameters zum Spezifizieren einer Gestalt der Einheitsstrukturen, bei dem unter der Annahme, dass die Einheitsstrukturen Fluktuationen der Positionen relativ zu einer exakten periodischen Position aufweisen und die Fluktuationen der Positionen lediglich von einer relativen Positionsrelation zwischen den Einheitsstrukturen abhängen, die Streuintensität der Röntgenstrahlen berechnet wird, bei dem die Einheitsstrukturen durch einen gleichförmigen substantiellen Bereich und einen gleichförmigen Leerbereich in den Schichten ausgebildet sind, und die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die von dem gleichförmigen substantiellen Bereich bewirkt wird, berechnet wird.A surface microstructure measurement data analysis method for measuring a microstructure (149b) on a sample surface (141, 146), the method causing a computer to perform the steps of: assuming a sample model having a microstructure (149b) on a surface (141, 146) in which one or more layers are formed in a direction perpendicular to the surface (141, 146) and unit structures are formed in a direction parallel to the surface (141, 146) are arranged periodically within the layers, calculating a scattering intensity of X-rays scattered by the microstructure (149b), taking into account diffraction and reflection effects generated by the layers, based on the refractive indices of the respective layers of the one or more layers in the direction perpendicular to the surface (141, 146), and fitting the scattering intensity of the X-rays calculated from the sample model to a scattering intensity actually measured by irradiating the sample surface (141, 146) with X-rays at a grazing incidence angle; and determining, as a result of the fitting, an optimal value of a parameter for specifying a shape of the unit structures, wherein, assuming that the unit structures have fluctuations in positions relative to an exact periodic position and the fluctuations in positions depend only on a relative positional relation between the unit structures, the scattering intensity of X-rays is calculated, in which the unit structures are formed by a uniform substantial area and a uniform void area in the layers, and the scattering intensity of the X-ray caused by the uniform substantial area is calculated. Oberflächenmikrostruktur-Messsystem, das zur Messung einer Mikrostruktur (149b) auf einer Probenoberfläche (141, 146) geeignet ist, wobei die Einrichtung aufweist: eine Röntgenstreuungs-Messeinrichtung (110) und eine Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung (120), die Röntgenstreuungs-Messeinrichtung (110) mit: einem Monochromator (113), der Röntgenstrahlung, die von einer Röntgenstrahlungsquelle ausgesandt wird, spektral reflektiert; einem Schlitzabschnitt (118), der eine Spot-Größe der spektral reflektierten Röntgenstrahlung auf der Probenoberfläche (141, 146) auf 30 µm oder weniger begrenzt; einen Probenhalter (115a), der eine Drehung zum Ändern sowohl eines Einfallswinkels der spektral reflektierten Röntgenstrahlung auf die Probenoberfläche (141, 146) als auch eine Drehung innerhalb einer Ebene der Probenoberfläche (141, 146) ermöglicht, und der die Probe (140, 145) trägt; und einen zweidimensionalen Detektor (116), der die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die auf der Probenoberfläche (141, 146) gestreut wird, misst, wobei die Oberflächenmikrostruktur-Analyseeinrichtung (120) einen Computer aufweist, wobei ein Simulationsabschnitt (123), der durch den Computer durchgeführt wird, unter der Annahme eines Probenmodells mit einer Mikrostruktur (149b) auf einer Oberfläche (141, 146), in der eine oder mehrere Schichten in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche (141, 146) ausgebildet sind und Einheitsstrukturen periodisch in einer Richtung parallel zur Oberfläche (141, 146) innerhalb der Schichten angeordnet sind, eine Streuintensität der Röntgenstrahlen, die durch die Mikrostruktur (149b) gestreut werden, aufgrund der Brechungsindizes der jeweiligen Schichten der einen oder mehreren Schichten in der Richtung senkrecht zur Oberfläche (141, 146) berechnet und ein Fit-Abschnitt (124), der durch den Computer durchgeführt wird, die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die für das Probenmodell berechnet wurde, an die gemessene Streuintensität fittet und, als ein Ergebnis des Fits, einen Optimalwert eines Parameters zum Spezifizieren einer Form der Einheitsstrukturen bestimmt, bei dem unter der Annahme, dass die Einheitsstrukturen Fluktuationen der Positionen relativ zu einer exakten periodischen Position aufweisen und die Fluktuationen der Positionen lediglich von einer relativen Positionsrelation zwischen den Einheitsstrukturen abhängen, die Streuintensität der Röntgenstrahlen berechnet wird, bei dem die Einheitsstrukturen durch einen gleichförmigen substantiellen Bereich und einen gleichförmigen Leerbereich in den Schichten ausgebildet sind, und die Streuintensität der Röntgenstrahlung, die von dem gleichförmigen substantiellen Bereich bewirkt wird, berechnet wird.Surface microstructure measuring system suitable for measuring a microstructure (149b) on a sample surface (141, 146), the device comprising: an X-ray scattering measuring device (110) and a surface microstructure analysis device (120), the X-ray scattering measuring device (110 ) comprising: a monochromator (113) which spectrally reflects X-rays emitted by an X-ray source; a slit portion (118) which limits a spot size of the spectrally reflected X-ray on the sample surface (141, 146) to 30 µm or less; a sample holder (115a) which allows rotation to change both an angle of incidence of the spectrally reflected X-rays on the sample surface (141, 146) and rotation within a plane of the sample surface (141, 146), and which holds the sample (140, 145 ) carries; and a two-dimensional detector (116) that measures the scattering intensity of X-rays scattered on the sample surface (141, 146), wherein the surface microstructure analysis device (120) comprises a computer, wherein a simulation section (123) controlled by the Computer is performed assuming a sample model having a microstructure (149b) on a surface (141, 146) in which one or more layers are formed in a direction perpendicular to the surface (141, 146) and unit structures periodically in a direction parallel to the surface (141, 146) within the layers, a scattering intensity of the X-rays scattered by the microstructure (149b) due to the refractive indices of the respective layers of the one or more layers in the direction perpendicular to surface (141, 146) and a fitting section (124) performed by the computer that fits the X-ray scattering intensity calculated for the sample model to the measured scattering intensity and, as a result of the fit, an optimum value a parameter for specifying a shape of the unit structures, in which, assuming that the unit structures have fluctuations in positions relative to an exact periodic position and the fluctuations in positions depend only on a relative positional relation between the unit structures, the scattering intensity of the X-rays is calculated in which the unit structures are formed by a uniform substantial area and a uniform void area in the layers, and the scattering intensity of the X-ray caused by the uniform substantial area is calculated.
DE112010001894.4T 2009-04-14 2010-04-12 Method for measuring a surface microstructure, method for data analysis of surface microstructure measurement and surface microstructure measuring system Active DE112010001894B4 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-097606 2009-04-14
JP2009097606 2009-04-14
PCT/JP2010/056542 WO2010119844A1 (en) 2009-04-14 2010-04-12 Surface microstructure measuring method, surface microstructure measurement data analyzing method, and x-ray scattering measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112010001894T5 DE112010001894T5 (en) 2012-06-14
DE112010001894B4 true DE112010001894B4 (en) 2023-05-04

Family

ID=42982506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112010001894.4T Active DE112010001894B4 (en) 2009-04-14 2010-04-12 Method for measuring a surface microstructure, method for data analysis of surface microstructure measurement and surface microstructure measuring system

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8908830B2 (en)
JP (1) JP5700685B2 (en)
KR (1) KR101741191B1 (en)
DE (1) DE112010001894B4 (en)
GB (1) GB2481950B (en)
TW (1) TWI490450B (en)
WO (1) WO2010119844A1 (en)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5743856B2 (en) * 2011-11-10 2015-07-01 株式会社東芝 Measuring device and measuring method
RU2548601C1 (en) * 2013-11-20 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Method for x-ray spectral determination of nanoparticle size in sample
US10060865B2 (en) 2015-03-10 2018-08-28 Lyncean Technologies, Inc. Measurement of critical dimensions of nanostructures using X-ray grazing incidence in-plane diffraction
JP6424143B2 (en) * 2015-04-17 2018-11-14 株式会社ニューフレアテクノロジー Inspection methods and templates
DE112016001982T5 (en) 2015-04-28 2018-02-15 Kla-Tencor Corporation CLEAN-EFFICIENT ON X-RAY SUPERVISED MEASUREMENT OF THE OVERLAY
JP6532037B2 (en) * 2015-06-11 2019-06-19 国立大学法人神戸大学 Two-dimensional information evaluation method and evaluation program of surface roughness and interface roughness by X-ray reflectivity method
JP6495789B2 (en) 2015-09-11 2019-04-03 東芝メモリ株式会社 Shape calculation program, shape calculation device, and shape measurement method
KR102348995B1 (en) * 2016-07-15 2022-01-10 가부시키가이샤 리가쿠 X-ray inspection device, X-ray thin film inspection method and rocking curve measurement method
CN109416330B (en) * 2016-07-16 2022-09-27 株式会社理学 Hybrid inspection system
US10775323B2 (en) * 2016-10-18 2020-09-15 Kla-Tencor Corporation Full beam metrology for X-ray scatterometry systems
WO2019006102A1 (en) * 2017-06-28 2019-01-03 University Of Maryland College Park System and method for in-situ x-ray diffraction-based real-time monitoring of microstructure properties of printing objects
US10983227B2 (en) * 2017-08-14 2021-04-20 Kla-Tencor Corporation On-device metrology using target decomposition
JP6871833B2 (en) * 2017-09-19 2021-05-12 キオクシア株式会社 Shape measuring device and shape measuring method
JP7182262B2 (en) 2018-12-10 2022-12-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 RAMO4 SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR
US20200335406A1 (en) * 2019-04-19 2020-10-22 Kla Corporation Methods And Systems For Combining X-Ray Metrology Data Sets To Improve Parameter Estimation
JP7100897B2 (en) 2019-04-22 2022-07-14 株式会社リガク Ultrastructure analysis methods, equipment and programs
JP7168985B2 (en) * 2019-04-22 2022-11-10 株式会社リガク Microstructure analysis method, device and program
WO2023013036A1 (en) * 2021-08-06 2023-02-09 川崎車両株式会社 Method for manufacturing structure, identifier for manufacturing structure, system for manufacturing structure, and machanical processing program

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6556652B1 (en) 2000-08-09 2003-04-29 Jordan Valley Applied Radiation Ltd. Measurement of critical dimensions using X-rays
JP2003202305A (en) 2001-10-26 2003-07-18 Rigaku Corp Method, apparatus, and system for analyzing multilayer film having nonuniform density
US20030197872A1 (en) 2002-04-17 2003-10-23 Littau Michael E. Scatterometric measurement of undercut multi-layer diffracting signatures
US20060133570A1 (en) 2004-12-22 2006-06-22 Jordan Valley Applied Radiation Ltd Measurement of critical dimensions using X-ray diffraction in reflection mode
US20080273662A1 (en) 2007-05-04 2008-11-06 Xradia, Inc. CD-GISAXS System and Method

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60160312A (en) * 1984-01-27 1985-08-21 日産自動車株式会社 Cable for vehicle
JPS60229950A (en) * 1984-04-27 1985-11-15 Nok Corp Molding material
JPH06160312A (en) * 1992-09-18 1994-06-07 Ricoh Co Ltd X-ray evaluation apparatus
GB9226552D0 (en) * 1992-12-21 1993-02-17 Philips Electronics Uk Ltd A method of determining a given characteristic of a material sample
JPH1130511A (en) * 1997-07-10 1999-02-02 Hitachi Ltd Inspection apparatus for surface shape
JP2002257754A (en) * 2001-03-05 2002-09-11 Rigaku Industrial Co X-ray diffractometer
KR100879729B1 (en) 2002-06-06 2009-01-22 가부시끼가이샤 리가쿠 Analysis method of multi-layer membrane where the density is uneven, device and system therefor
US7440105B2 (en) 2002-12-05 2008-10-21 Kla-Tencor Technologies Corporation Continuously varying offset mark and methods of determining overlay
TWI296041B (en) * 2003-06-24 2008-04-21 Advanced Metrology Systems Llc Method of measuring sub-micron trench structures
JP4224376B2 (en) 2003-10-20 2009-02-12 株式会社リガク Membrane structure analysis method and apparatus
JP3914925B2 (en) 2004-01-28 2007-05-16 株式会社リガク Film thickness measuring method and apparatus
JP4734261B2 (en) * 2004-02-18 2011-07-27 ケーエルエー−テンカー コーポレイション Continuously changing offset mark and overlay determination method
JP3983762B2 (en) * 2004-12-15 2007-09-26 アンリツ株式会社 X-ray diffraction measurement analysis method and program
JP2006170171A (en) * 2004-12-20 2006-06-29 Toyota Motor Corp Control device for internal combustion engine
JP2007285923A (en) 2006-04-18 2007-11-01 Jordan Valley Semiconductors Ltd Measurement of critical dimensions using x-ray diffraction in reflection mode
US7619737B2 (en) * 2007-01-22 2009-11-17 Asml Netherlands B.V Method of measurement, an inspection apparatus and a lithographic apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6556652B1 (en) 2000-08-09 2003-04-29 Jordan Valley Applied Radiation Ltd. Measurement of critical dimensions using X-rays
JP2003202305A (en) 2001-10-26 2003-07-18 Rigaku Corp Method, apparatus, and system for analyzing multilayer film having nonuniform density
US20030197872A1 (en) 2002-04-17 2003-10-23 Littau Michael E. Scatterometric measurement of undercut multi-layer diffracting signatures
US20060133570A1 (en) 2004-12-22 2006-06-22 Jordan Valley Applied Radiation Ltd Measurement of critical dimensions using X-ray diffraction in reflection mode
US20080273662A1 (en) 2007-05-04 2008-11-06 Xradia, Inc. CD-GISAXS System and Method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Yoshiyasu ITO, Katsuhiko INABA, Kazuhiko OMOTE, Yasuo WADA und Susumu IKEDA, Characterization of Submicron-scale Periodic Grooves by Grazing Incidence Ultra-small-angle X-ray Scattering, Japanese Journal of Applied Physics, Japan, The Japan Society of Applied Physics, August 10, 2007, Vol. 46, No. 32, 2007 pp. L773-L775
Yoshiyasu ITO, Katsuhiko INABA, Kazuhiko OMOTE, Yasuo WADA, Tomokazu EZURA, Ken TSUTSUI und Susumu IKEDA, „Evaluation of a Microfabricated Structure by an Ultra-high Resolution In-plane X-ray Small Angle Scattering Method", The 53th Applied Physics Related Discussion Meeting Preprint 24a-B-4/III, May 24, 2006, No. 3, p. 1471

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010119844A1 (en) 2010-10-21
US20120087473A1 (en) 2012-04-12
KR20120007034A (en) 2012-01-19
JP5700685B2 (en) 2015-04-15
TW201105926A (en) 2011-02-16
KR101741191B1 (en) 2017-05-29
US8908830B2 (en) 2014-12-09
GB2481950B (en) 2017-08-23
JPWO2010119844A1 (en) 2012-10-22
GB2481950A (en) 2012-01-11
DE112010001894T5 (en) 2012-06-14
GB201118908D0 (en) 2011-12-14
TWI490450B (en) 2015-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112010001894B4 (en) Method for measuring a surface microstructure, method for data analysis of surface microstructure measurement and surface microstructure measuring system
DE112017005271T5 (en) ENTIRE METROLOGY FOR X-RAY SCATTEROMETRY SYSTEMS
DE69922942T2 (en) MEASURE A DIFRUCTION STRUCTURE, BROADBAND, POLARIZING AND ELLIPSOMETRIC AND A SUBJECT STRUCTURE
DE60133751T2 (en) GENERATING A LIBRARY OF PERIODIC PASSAGE SIGNALS
DE102011083774B4 (en) Method for determining laser correcting tool parameters
DE112017001846T5 (en) Semiconductor metrology with information from several process steps
DE112016001982T5 (en) CLEAN-EFFICIENT ON X-RAY SUPERVISED MEASUREMENT OF THE OVERLAY
DE112020002023T5 (en) METHODS AND SYSTEMS FOR COMBINING X-RAY METROLOGY DATA SETS TO IMPROVE PARAMETER ESTIMATION
DE112004001001T5 (en) Optical measurement of structures formed on semiconductor wafers using machine learning systems
DE112005000504T5 (en) Multilayer overlay measurement and correction technique for IC fabrication
DE112020004109T5 (en) Methods and systems for semiconductor metrology based on soft X-ray reflectometry with wavelength resolution
DE112017002295T5 (en) Porosity measurement of semiconductor structures
DE112018002123B4 (en) METHOD OF DETERMINING A UNIFORMITY AND UNIFORMITY OF AN EFFECTIVE DOSE OF A LITHOGRAPHY TOOL AND SYSTEM FOR DETERMINING AN EFFECTIVE DOSE OF A LITHOGRAPHY TOOL
DE102020110736A1 (en) ANALYSIS PROCESS FOR A FINE STRUCTURE, AND DEVICE AND PROGRAM FOR IT
DE102012101391A1 (en) Structure height measuring device and structure height measuring method
WO2015136038A2 (en) Common radiation path for acquiring particle information by means of direct image evaluation and differential image analysis
DE102007010581A1 (en) Test pattern and method for evaluating the transmission characteristics of a test pattern
EP4018154A1 (en) Diffractive optical element for a test interferometer
Lechthaler et al. Objective homogeneity quantification of a periodic surface using the Gini coefficient
DE102017127655A1 (en) TEST STRUCTURE DESIGN TO PERFORM AN X-RAY CATEROMETRY MEASUREMENT
DE102020110533A1 (en) Analysis method for a fine structure, device, and program
Modregger et al. Multiple scattering tomography
DE69918661T2 (en) Method and device for measuring pattern structures
DE102004010363A1 (en) Method and measuring device for determining a local variation of the reflection or transmission behavior over the surface of a mask
DE102005049075A1 (en) Optical system and method for measuring small dimensions

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20150402

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final